¿Entiendes la ciencia?

Muy breve historia de la vida en la Tierra

2011-02-26T08:58:00.000+01:00

La medida del tiempo geológico

La medición del tiempo geológico se hace normalmente utilizando como referencia una escala de datación absoluta, que divide la historia de la Tierra en periodos de diferente extensión, pero que presentan las mismas características geológicas, ecológicas o biológicas.

La división de mayor entidad es el eón; se distinguen varios eones a lo largo de la historia de la Tierra. En los primeros (Hádico y Arcaico) no hay pruebas de la existencia de vida, mientras que en el Proterozoico y en el Fanerozoico es patente la existencia de seres vivos. Los eones se dividen en eras, cada una de las cuales se caracteriza por una forma de vida que domina sobre las demás. En general, cada era termina con un gran cambio de flora y fauna, normalmente relacionada con un periodo de gran extinción. Las eras geológicas se dividen en periodos, y éstos en épocas. Los geólogos han establecido aún periodos de menor duración, por debajo de las épocas.

La vida sobre la Tierra

A pesar de que la aparición de la vida parece un acontecimiento complejo y poco probable, este acontecimiento debió producirse en nuestro planeta en un plazo de tiempo muy corto a escala geológica: la formación del planeta termina hace unos 4600 millones de años, y ya existen pruebas de formas de vida bastante complejas hace unos 3850 millones de años, es decir solo unos 750 millones de años después. Aunque ese intervalo de tiempo pueda parecer enorme, lo cierto es que representa un plazo muy pequeño si consideramos lo que tuvo que ocurrir durante ese periodo.

Surgencia oceánica

El primer gran hito necesario para la aparición de los seres vivos es la formación de compuestos orgánicos. A día de hoy no se conocen con claridad los procesos que pudieron dar lugar a la aparición de estos compuestos, que resulta muy desfavorable desde el punto de vista termodinámico. Se han sugerido varias hipótesis, como la que señala que estas sustancias podrían proceder de cometas, en los que la alternancia de temperaturas muy altas (cuando están cerca del Sol) con otras muy bajas hacen posible la formación y la conservación de estas sustancias. Una hipótesis alternativa, más parsimoniosa (es decir, que explica el mismo fenómeno de forma más sencilla; el principio de parsimonia es importante a la hora de valorar de forma previa la capacidad explicativa de una hipótesis), es la que propone que la formación de este tipo de sustancias pudo tener lugar en las surgencias oceánicas, manantiales de agua muy caliente cargada de minerales, producida en las zonas donde asciende material del manto en las dorsales oceánicas. Estas fuentes termales están a temperaturas muy por encima de los 100ºC, aunque el agua se mantiene en estado líquido gracias a la presión a la que está sometida. Esas condiciones podrían ser adecuadas para la formación natural de moléculas complejas, como las que caracterizan a la materia viva.

La formación de las moléculas orgánicas no es más que el primer paso de un complicado proceso de evolución química. Antes de que pudieran aparecer los primeros seres vivos propiamente dichos, la formación de moléculas orgánicas tuvo que convertirse en un proceso automantenible. Esto significa que debieron evolucionar conjuntos de reacciones químicas que permitieran formar esas mismas moléculas. Este conjunto de reacciones químicas constituiría la primera versión del metabolismo celular.

Un elemento imprescindible en el proceso de evolución química fue la aparición de un replicador, una molécula capaz, por una parte, de formar moléculas iguales a sí misma, y por otra de dirigir un conjunto de reacciones químicas capaces de mantener el metabolismo. Hay una enconada disputa científica acerca de qué evolucionó antes, si el replicador o el metabolismo. En todo caso, no se poseen datos suficientes para poder afirmar nada con seguridad. Una posible explicación es que ese papel original estuviera realizado por un tipo de moléculas, recientemente sintetizadas en un intento de reproducir las condiciones de evolución primitivas, que reúnen algunas características de los ácidos nucleicos y de los aminoácidos.

El segundo paso de la evolución pre-biótica (anterior a la aparición de los primeros organismos) debió ser la formación de las primeras células, probablemente mucho más simples que las células más sencillas que conocemos en la actualidad. La teoría más extendida es que la propone que los primeros antepasados de los seres vivos constaban de una membrana lipídica que rodeaba al replicador y al resto de las moléculas necesarias para mantener el metabolismo celular. Una hipótesis diferente sugiere que las primeras formas de vida automantenida, si pueden denominarse así, fueron cristales de arcilla, que tienen la capacidad de replicarse manteniendo su forma y su composición, y que podrían haber adsorbido sobre ellos moléculas orgánicas.

Una alternativa, un tanto más exótica, para explicar la aparición de la vida sobre la Tierra es la hipótesis de la panspermia, que propone que los primeros organismos llegaron a la Tierra como bacterias liofilizadas procedentes del espacio exterior. En cualquier caso, la panspermia no haría más que alejar el problema fundamental: la aparición de la vida, ya sea en nuestro planeta, ya sea en otro ambiente distinto.

Las primeras formas de vida de las que tenemos constancia eran similares a las cianobacterias actuales, un tipo de organismos procariotas capaces de realizar la fotosíntesis produciendo oxígeno. Sin embargo, está claro que no pudieron ser las primeras células en aparecer. Éstas debieron ser procariotas (con membrana celular y ribosomas, pero sin orgánulos celulares) y heterótrofas, es decir, obtendrían su energía y sus componentes a partir de materia orgánica.

En un periodo de tiempo bastante breve debieron aparecer los primeros organismos autótrofos, que no producían oxígeno (hay que recordar que la atmósfera primitva no lo contenía). La aparición de estos organismos permitió que los heterótrofos pudieran nutrirse una vez que agotaron los compuestos orgánicos producidos mediante síntesis abiótica.

Estromatolito

Los primeros organismos de los que realmente tenemos restos fósiles son las cianobacterias, organismos procariotas capaces de llevar a cabo la fotosíntesis oxigénica (es decir, productora de oxígeno). El crecimiento de estos organismos da lugar a la formación de estromatolitos, estructuras estratificadas similares a las que forman estos organismos en la actualidad.

La aparición de las cianobacterias, y de la fotosíntesis productora de oxígeno, cambió por completo la ecología de nuestro planeta. Los seres vivos que habían evolucionado hasta ese momento eran incapaces de soportar el oxígeno, que debido a su elevada reactividad resultaba tóxico para ellos. La producción de oxígeno por parte de las cianobacterias provocó, en primer lugar, la oxidación de todos los materiales expuestos de la superficie del planeta, y después que este gas se acumulara en la atmósfera de un modo progresivo, hasta alcanzar el 20% que representa en la actualidad.

Los organismos tuvieron que adaptarse a un ambiente totalmente novedoso. Algunos de ellos no solo consiguieron soportar el oxígeno, sino de incorporarlo a sus procesos de producción de energía. Otros, que no modificaron su metabolismo sí que lograron, en cambio, incluir en su interior a organismos que sí lo habían hecho. Este proceso, denominado endosimbiosis, dio lugar a la aparición de los primeros organismos eucariotas, tanto a los antepasados de los protistas, hongos y animales (que solo incluyeron en su citoplasma las mitocondrias) como a los ancestros de las plantas, que también atraparon los cloroplastos.

La aparición de las cianobacterias tuvo lugar hace, aproximadamente, 3.500-3.800 millones de años. La acumulación de oxígeno en la atmósfera (la revolución del oxígeno) ocurrió hace unos 3.000 millones de años. El oxígeno siguió acumulándose en la atmósfera hasta hace unos 600 millones de años, época en la cual la concentración fue suficiente como para que se formara la capa de ozono.

La presencia de ozono en la atmósfera supuso un nuevo evento importante en la evolución de la vida: la radiación ultravioleta procedente del Sol es lo suficientemente energética como para provocar mutaciones en el ADN de los organismos. El ozono absorbe la mayor parte de esta radiación, de modo que la formación de esta capa redujo en gran medida la frecuencia de las mutaciones. Gracias a esto, los organismos consiguieron una mayor estabilidad en sus genomas, lo que les permitió adquirir una mayor complejidad; aproximadamente en la época en la que se forma la capa de ozono aparecen también los primeros organismos pluricelulares, más complejos que los que habían existido hasta entonces. Es el principio del eón Precámbrico.

Durante el Precámbrico, concretamente en la Era Proterozoica, las formas de vida se diversifican en gran medida, aunque se encuentran exclusivamente en el mar. Las formas de vida se presentan en multitud de tipos distintos, la mayoría de los cuales desaparecen completamente al final de este periodo sin dejar descendientes. Estos organismos se encuentran perfectamente representados en el yacimiento australiano de Ediacara, que da nombre a las formas de vida de la época. La Era Proterozoica termina con un periodo extraordinariamente frío, que provoca la mayor extinción conocida de la vida en nuestro planeta.

El eón Fanerozoico recibe este nombre porque los organismos dejan restos fósiles patentes. Su división en Eras se basa, precisamente, en las formas de vida predominantes en cada una de ellas.

Durante la era Paleozoica aparecen los grandes tipos de organismos que han llegado hasta la actualidad. La era se inicia con un enorme aumento de la biodiversidad, conocido como la "explosión del Cámbrico", aunque ese periodo termina con una nueva gran extinción. A lo largo de la era los seres vivos empiezan a ocupar los ambientes terrestres, primero las plantas (musgos y helechos) y posteriormente los animales (anfibios y los primeros reptiles). El Paleozoico se caracteriza, en general, por grandes alternancias climáticas y por varias grandes extinciones que están a punto de acabar con las formas de vida.

El Mesozoico es la era en la que predominan los grandes reptiles (de los cuales los más conocidos, pero no los únicos, son los dinosaurios) y los helechos y las gimnospermas como plantas terrestres. Esta época se caracteriza, en lo ecológico, por temperaturas generalmente más elevadas que las actuales, aunque con alternancia entre periodos secos y húmedos. Se trata también de una época geológicamente calmada, sin grandes movimientos orogénicos, aunque sí se producen transgresiones y regresiones marinas.
El Mesozoico concluye con la orogenia alpina y, sobre todo, con la extinción de los dinosaurios que es, sin duda, el proceso más popular y mejor conocido, aunque no el más importante. Aún no se han establecido definitivamente las causas de las grandes extinciones ocurridas a lo largo de la historia de la vida en la Tierra, aunque se considera que los principales candidatos son los grandes cambios climáticos, periodos de gran actividad volcánica o el choque contra la Tierra de meteoritos de gran tamaño.

El Cenozoico, que comienza tras la desaparición de los grandes reptiles, es la era geológica en la que nos encontramos en la actualidad. Se caracteriza por la expansión de los grupos de organismos que actualmente nos resultan familiares en el planeta: en el mundo vegetal, se produce la aparición y expansión de las plantas con flores, que evolucionan de forma paralela a los insectos, ya que entre ambos grupos se establece una relación que resulta ventajosa para los dos: la polinización. En cuanto a los animales, la desaparición de los grandes reptiles permite el desarrollo y la expansión de dos grupos que, aunque estaban ya presentes a finales del Mesozoico, se limitaban a unas pocas especies poco visibles: las aves y los mamíferos. Dentro del proceso de radiación evolutiva de los mamíferos se produce la evolución de los primates y, entre ellos, la de los homínidos.

Evolución y diseño inteligente: ¿una polémica científica?

2011-02-22T08:19:00.000+01:00

La evolución biológica de los organismos es considerada en la actualidad como un hecho científico bien establecido, confirmado por todas las pruebas científicas disponibles hasta el momento. La teoría de la selección natural es la mejor explicación disponible hasta el momento, y también ha sido confirmada por todas las pruebas analizadas.

En la primera mitad del siglo XX se consiguió compatibilizar la teoría darwiniana acerca de la selección natural con las leyes de la herencia propuestas por Mendel y con la teoría cromosómica, dando lugar a un paradigma sintético que se conoce como Neodarwinismo. Desde entonces, el Neodarwinismo ha sido capaz de explicar satisfactoriamente los procesos de mantenimiento, transmisión y modificación de la información genética, y relacionarlos con los acontecimientos evolutivos que se han producido en nuestro planeta.

Básicamente, lo que propone el neodarwinismo es que la información necesaria para determinar las estructuras de los organismos y controlar sus funciones se encuentra almacenada en el ADN de sus células. Existen mecanismos que permiten expresar esa información, es decir, transformar sus contenidos en estructuras reales, o en sistemas de control operativos. Existen también mecanismos que permiten copiar fielmente esa información (replicación) y transmitirla a los descendientes de los individuos que la poseen (reproducción), ya sea directamente (reproducción asexual), ya sea combinándola con la información de otros individuos de la misma especie (reproducción sexual). Mientras que los mecanismos de reproducción asexual consiguen dar lugar a individuos prácticamente idénticos a sus progenitores, la reproducción sexual produce individuos que combinan, de un modo aleatorio, las características de sus dos progenitores.

Pero los mecanismos de replicación no son perfectos, y en ocasiones se producen cambios en la información. Si esos cambios afectan a las células somáticas (todas las del organismo, excepto las que dan lugar a la formación de los gametos), no se transmiten a la descendencia, pero pueden afectar a la supervivencia del individuo. Ejemplos de estos cambios son las mutaciones que producen el cáncer. Por el contrario, si las mutaciones se producen en las células germinales (las que producen los espermatozoides o los óvulos) no afectan a la supervivencia del individuo, pero sí se transmiten a sus descendientes.

La mutación genera variabilidad, y la variabilidad es el requisito necesario y suficiente para que ocurra la selección natural: si dos individuos tienen diferentes características, tienen distintas posibilidades de sobrevivir, especialmente en condiciones limitantes. La reproducción sexual constituye, por su parte, un mecanismo para amplificar y distribuir esa variabilidad, por lo que es un complemento perfecto para los procesos evolutivos.

El Neodarwinismo, como todas las teorías científicas, ha tenido sus críticos y sus detractores. Por ejemplo, los partidarios del Neutralismo sugieren que ciertos genes, con poco o ningún efecto sobre la capacidad de supervivencia de los individuos, han podido evolucionar no mediante selección natural, ya que no proporcionan ventajas sustanciales como para ser seleccionados o eliminados, sino mediante deriva genética, es decir, por puro azar. El Neutralismo no niega la selección natural, sino que la matiza. En realidad, la deriva genética forma parte de la teoría evolutiva aceptada casi desde sus primeros momentos, y lo que hacen los neutralistas es, por una parte, explicar el mecanismo evolutivo por deriva genética a nivel molecular, y por otra proponer que este proceso afecta a un número de características mayor del que normalmente se supone.

Algo similar ocurre con el Equilibrio Puntuado, teoría según la cual los cambios evolutivos no ocurren a un ritmo constante, sino que pueden ser ocasionalmente bruscos, dando lugar a "revoluciones evolutivas" en las que aparecen tipos de organismos totalmente nuevos. Los partidarios de esta teoría la justifican por alteraciones en genes que controlan el desarrollo del organismo y la expresión de grandes conjuntos de genes.
Los debates en torno al neutralismo y al equilibrio puntuado se producen desde hace años, y seguramente se mantendrán durante bastante tiempo más.

Una situación diferente es la que plantea la idea del "Diseño Inteligente", que propone, en pocas palabras, que la evolución es un proceso teleológico, es decir, orientado a un fin, y dirigido por una inteligencia superior. Por lo tanto, niega la propia existencia de la selección natural, sustituyéndolo por un proceso de cambios programados y dirigidos por una entidad superior, no biológica (¿dios?), que se encargaría de diseñar (de ahí su nombre) las características de los organismos a lo largo del tiempo.

La diferencia fundamental entre el diseño inteligente y las otras críticas o matizaciones al Neodarwinismo está en que no resulta nada claro que el diseño sea una teoría científica. Este debate, que en principio puede parecer poco importante es, en realidad fundamental: si el diseño inteligente es una teoría científica, significa que se ajusta a los criterios de validez que todos aceptamos, y por lo tanto estaríamos ante una controversia entre dos teorías alternativas, como tantas otras que han tenido lugar a lo largo de la historia. Si, por el contrario, el diseño es la expresión de una idea religiosa, planteada de modo que tenga apariencia científica, el debate tendría lugar entre un conocimiento válido, el de la teoría neodarwinista, y otro que no ha demostrado su validez.

Las dudas acerca de la naturaleza científica del diseño inteligente se deben, sobre todo, a los mecanismos que utiliza para "validar" su contenido, pero también a dicho contenido y al modo en que se desarrolla la teoría.

William Paley

Las ideas en torno al diseño inteligente no son precisamente nuevas. En 1802 (antes de la formulación de la teoría de Darwin) el reverendo William Paley escribía:

"Si encontramos un reloj de bolsillo en un campo, inmediatamente podemos inferir que fue producido no por procesos naturales actuando ciegamente sino por un intelecto humano diseñador. De la misma manera, el mundo natural contiene abundante evidencia de un creador sobrenatural."

En esta frase se resumen, en realidad, los principales aspectos de las hipótesis sobre el diseño, que se han mantenido básicamente estables hasta la actualidad. En primer lugar, desde el punto de vista epistemológico, como indica la propia frase de Paley su argumento es, en realidad, una inferencia. Esto significa, en otras palabras, que se trata de un argumento inductivo, hipotético, en el que se propone una generalización (no demostrada) partiendo de una única observación. En segundo lugar, se trata de un razonamiento por analogía; Paley aplica las conclusiones (supuestamente) derivadas de su hipótesis a otros ámbitos distintos a los que inicialmente observó; si deduce la existencia del relojero a partir del reloj, aplica el paralelismo al mundo natural para encontrar el creador sobrenatural. El tercer aspecto que plantea problemas epistemológicos a la idea del diseño es el recurso a inobservables: en último extremo, todo el conocimiento científico debe explicar los hechos mediante fenómenos observables, lo que no ocurre con esta idea. Los tres aspectos están íntimamente relacionados, y se alejan mucho de lo que se considera unánimemente conocimiento científico.

La inferencia, la inducción de conocimiento general a partir de observaciones particulares, está en la base misma del método científico (que por ello recibe el nombre de método hipotético-deductivo). Se considera, precisamente, que la única posibilidad de generar conocimiento universal es partiendo de un número finito de observaciones y proponiendo, a modo de hipótesis, que lo que ocurre en ellas ocurre en todos los casos. Hasta ahí bien. Pero, dado que la inducción es imposible de comprobar de un modo exhaustivo, esas hipótesis deben ser sometidas a una comprobación, en el proceso normalmente llamado contraste de hipótesis. Está claro que no se pueden comprobar, uno a uno, todos los casos posibles, pero se considera que basta con un caso que no cumpla la hipótesis para que ésta sea desechada. Esto es lo que llamábamos "principio de falsación": no podemos saber que nuestra hipótesis es verdadera, pero al menos podemos comprobar que no es falsa. La formulación de hipótesis, en los procesos científicos, debe ir acompañada de un procedimiento para demostrar su posible falsedad.

En el caso de la cita de Paley, esto equivaldría a que el buen reverendo hubiera propuesto algún modo de comprobar si, efectivamente, todos los relojes de bolsillo han sido elaborados por un relojero. Evidentemente hay una trampa argumental en la idea; nosotros no partimos de una observación y la generalizamos. Sabemos de antemano que los relojes son hechos por un relojero, porque pertenecen a una categoría que tiene esa característica: son objetos artificiales. Así que la frase de Paley no es realmente una inducción, sino una falsa inducción dentro de una categoría que él ya conoce. ¿Es adecuado decir lo mismo sobre los seres vivos...? ¿No equivale a partir de la hipótesis que se quiere comprobar...?

El segundo problema epistemológico del diseño es el de la analogía. El uso de modelos también es habitual en ciencia, pero se trata siempre de modelos homólogos, no análogos. La analogía es frecuente como recurso para explicar fenómenos ya conocidos, en los que los fundamentos están perfectamente establecidos. Por esa razón se usa frecuentemente como recurso didáctico. Pero nunca puede extrapolarse más allá del paralelismo que ya se conoce. Por ejemplo, es posible comparar una célula con un motor químico (ambos queman combustible para producir energía), pero habrá que tener mucho cuidado si se pretende encontrar elementos similares a la mitocondria en el motor de un coche o piezas que cumplan la misma función que los cilindros dentro de la célula. El parecido empieza y acaba en el uso de los combustibles, y no puede extrapolarse a otros elementos que no guardan relación. Tampoco pondríamos a un ingeniero a tratar de reparar una célula... En pocas palabras, lo que Paley hace es utilizar un parecido como una prueba de causalidad, y eso está a años luz de poder ser considerado válido.

El tercer aspecto es aún más claro, y guarda relación con el anterior: el recurso a inobservables. El mismo hecho de plantearlo deja a la hipótesis del diseño fuera del ámbito de lo científico, ya que la ciencia siempre debe recurrir a los fenómenos. Pero es que, además, va claramente más allá de la propia analogía planteada por Paley: yo puedo saber que los relojes son construidos por relojeros porque puedo observar a los relojeros durante el proceso de fabricación, no solo ver los relojes. En este caso se nos indica que, puesto que vemos los organismos es necesario que aceptemos la existencia de un creador, al que no podemos observar... por la propia definición que se hace de él: un creador sobrenatural.

En cualquier caso, no sería justo descalificar una teoría por los argumentos que sus primeros partidarios utilizaron hace más de doscientos años. La ciencia avanza en buena parte por depuración de errores, y las teorías suelen enfrentarse a formulaciones parcialmente equivocadas que, en procesos de debate dialéctico, van corrigiendo sus errores. La larga historia del geocentrismo frente al heliocentrismo, o la controversia entre las teorías inmovilistas y la deriva continental hasta que evolucionó hacia la tectónica de placas, o la misma disputa entre fijistas y evolucionistas son ejemplos claros de cómo el conocimiento científico se caracteriza por conseguir que sus propuestas se vayan adaptando a los hechos conocidos y a los requerimientos de la lógica. Por ello, es imprescindible echar un vistazo a las formulaciones actuales del diseño inteligente.

En la actualidad, los partidarios del diseño inteligente se centran en dos argumentos diferentes pero interdependientes: el problema de la complejidad irreductible y la inferencia del diseño. El segundo sigue siendo, básicamente, el mismo argumento que Paley proponía en el siglo XIX, pero reformulado.

Trampa de ratones, sistema irreductiblemente complejo

El argumento de la complejidad irreductible se basa en la dificultad que tendría, según los partidarios del diseño, el neodarwinismo para explicar la aparición, mediante procesos de evolución gradual, de estructuras muy complejas, que solo tienen valor biológico para los organismos cuando ya son muy complicadas. Estas estructuras se denominan sistemas irreductiblemente complejos, y se caracterizan por estar formadas por un conjunto de piezas básicas interrelacionadas entre sí, de modo que cuando se elimina o se modifica una de ellas, el sistema deja de funcionar. Los partidarios del diseño ponen como ejemplo (de nuevo una analogía) una trampa para ratones. En el caso de los sistemas biológicos, los ejemplos en los que más han centrado su atención han sido el ojo y el flagelo bacteriano.

La estructura del flagelo bacteriano es demasiado compleja como para ser explicada a este nivel, aunque hay que decir que los biólogos moleculares que la estudian consideran que sus elementos sí pudieron tener, a lo largo de la evolución, valor biológico para los organismos que los presentaban. De ser así, esto invalidaría el argumento, puesto que las "piezas" podrían haber evolucionado por separado mediante selección natural, y su asociación para la formación del flagelo hubiera supuesto, en todo caso, un proceso evolutivo posible y también ventajoso.

Es bastante más sencillo explicar el modo en que ha podido evolucionar un sistema como el ojo de los vertebrados, aunque en la actualidad los partidarios del diseño ya no lo consideren como un sistema irreductiblemente complejo. En realidad, esto mismo debería ser un argumento en contra del propio diseño inteligente porque, en lugar de aceptar la falsación de la hipótesis lo que se hace es cambiar el marco de referencia, para dejar fuera del mismo aquellos hechos que no son explicados por la hipótesis original. Merece la pena detenerse un momento en esto.

La hipótesis representada por el argumento de la complejidad irreductible es esta: "Los sistemas irreductiblemente complejos no pueden evolucionar mediante selección natural". Si se tratara de una hipótesis científica, debería ser falsable. Para ello bastaría con encontrar un sistema irreductiblemente complejo que hubiera evolucionado por selección natural. En ese caso, nuestro razonamiento sería el siguiente:

Los sistemas irreductiblemente complejos no pueden evolucionar mediante selección natural.
El ojo es un sistema irreductiblemente complejo.
El ojo ha evolucionado mediante seleccion natural,
Luego...

La hipótesis es falsa.

La primera frase sería la hipótesis propuesta (premisa mayor), y la frase en rojo la prueba que, de comprobarse, la falsaría. Nos queda la frase intermedia, la premisa menor de que el ojo es un sistema irreductiblemente complejo: está formado por partes básicas interrelacionadas, y la modificación o eliminación de esas partes (retina, cristalino, iris...) impide su funcionamiento. Pues bien, los partidarios del diseño inteligente han reformulado las condiciones que deben cumplir las partes básicas de los sistemas irreductiblemente complejos para dejar de lado al ojo... Una vez que se ha comprobado que la evolución del ojo por selección natural es posible.

La evolución gradual del ojo no solo es posible, sino que se puede estudiar observando organismos actuales con receptores visuales menos evolucionados que los vertebrados. En cada caso, la presencia de estos receptores proporciona ventajas adaptativas a los organismos que los poseen frente a los que tienen ojos menos evolucionados.

La inferencia del diseño es un argumento más filosófico que científico. Guarda relación con la improbabilidad de que estructuras complejas se produzcan mediante el azar. Según los partidarios del diseño, las estructuras que aparecen en los seres vivos presentan una complejidad especificada. Esto significa que podemos identificarlas como consecuencia de un patrón, es decir, que cada estructura responde necesariamente a la función que desempeña. Dicho en otras palabras equivaldría a decir, por ejemplo, que las patas de los animales son así porque sirven para desplazarse. Se trata de una característica propia de los fenómenos intencionales, que han sido planeados para que cumplan un propósito determinado.

Como en el caso anterior, se puede rechazar el argumento analizando un caso en el que no se cumplan los criterios de la complejidad especificada. Para que ésta se de, es necesario que las estructuras diseñadas cumplan su función adecuadamente. Pero es fácil encontrar ejemplos de estructuras biológicas que realizan sus funciones de un modo poco apropiado, con problemas que convertirían cualquier diseño en una chapuza. Es el caso de las vías respiratorias y digestivas superiores; se supone que sus funciones son diferentes, de modo que podrían estar totalmente separadas. En realidad, las consecuencias de que ambas vías se crucen en la faringe puede llegar a provocar graves problemas, ya que hace posible que los alimentos penetren por la tráquea obstruyéndola y causando ahogamiento. Estos inconvenientes se habrían solucionado, en cualquier diseño especificado, haciendo que ambos conductos fueran paralelos.

La única explicación posible de que esto no sea así hay que buscarla en la evolución de esta estructura. Lejos de ser el resultado de un diseño previo, los pulmones son el resultado de la evolución de una estructura preexistente, la vejiga natatoria que aparece en los peces actuales. Se trata de una bolsa rellena de gas, que permite a los peces flotar a diferentes profundidades. Aunque en muchos peces actuales poseen una vejiga natatoria cerrada, parece que ésta ha evolucionado desde una bolsa unida al aparato digestivo mediante un tubo, el conducto pneumático.
Este tipo de vejiga natatoria unida al digestivo, presente en los peces pulmonados, habría evolucionado en los tetrápodos (anfibios, reptiles, aves y mamíferos) dando lugar a los pulmones, lo que explicaría su unión con el digestivo.

¿Es el diseño inteligente una teoría científica válida?

Desde el punto de vista epistemológico, es posible criticar el diseño inteligente comparándolo con las teorías científicas "aceptadas": las teorías científicas están centradas en proponer hipótesis que, partiendo de fenómenos conocidos, permitan explicarlos y predecir nuevos fenómenos. Para garantizar su validez proponen mecanismos que permiten su falsación (criterio de demarcación). Frente a esto, el diseño inteligente se ocupa de plantear mecanismos para tratar de falsear la selección natural, no para explicar fenómenos. No proporciona ninguna explicación científica, porque recurre a inobservables para explicar solo aquellos hechos que dice no poder explicar de otro modo. Por último, no se somete a ningún control, porque no proporciona ningún mecanismo para ser contrastada. Se trata, por tanto, más de una explicación mitológica que científica.

La tectónica de placas II: los fenómenos en los bordes de placa

2010-12-11T14:51:00.000+01:00

Los bordes constructivos

Se habla de bordes constructivos o divergentes cuando las placas litosféricas que los forman se separan entre sí, debido a la llegada desde el interior de la Tierra de materiales calientes.

El ascenso de los materiales del manto provoca que la litosfera se fracture, formando una falla alargada y deprimida en el terreno, que toma el aspecto topográfico de un enorme valle alargado y más o menos estrecho cuyo fondo es ocupado por ríos o lagos. En la actualidad, la zona del planeta que más claramente muestra esta estructura geológica es el Rift Valley, situado en el Este de África. En el fondo de esta depresión se sitúan, formando una cadena, los Grandes Lagos africanos. La formación es tan típica que su nombre se utiliza con carácter general para referirse a todas las estructuras similares.

Si el proceso de llegada de materiales de la Mesosfera continúa, se produce el afloramiento de estos materiales en el fondo del valle, dando lugar a fenómenos volcánicos. Primero de baja intensidad, lo que explica la elevada concentración de sosa en algunos lagos africanos: la sosa es uno de los productos emitidos en procesos volcánicos hidrotermales. Luego, más adelante, se producen erupciones volcánicas que dan lugar a montañas aisladas y a cadenas montañosas. Los principales volcanes africanos (Monte Kenya, Kilimanjaro y Montes Virunga) se encuentran próximos a, y están relacionados con el Valle del Rift.

Más adelante, el valle se va ensanchando y hundiendo, lo que provoca que termine siendo inundado. De este modo se forma un brazo de mar estrecho y alargado que separa dos masas continentales. La zona geográfica que mejor refleja esta fase del proceso geológico es el Mar Rojo.

Si la llegada de materiales mesosféricos prosigue, las rocas antiguas van siendo remplazadas por materiales nuevos, haciendo que el fondo de este nuevo mar se haga cada vez más ancho. El mar crece desde el centro, de modo que las rocas más antiguas se sitúan junto a los continentes.

En el centro de este mar, donde se produce el ascenso de rocas, se forma una cadena montañosa de carácter volcánico con una falla longitudinal en su centro. Tales estructuras reciben el nombre de dorsales, y la más representativa ocupa el centro del Océano Atlántico. Sus cumbres más altas llegan a sobresalir por encima del nivel del mar, formando Islandia y otras islas distribuidas en mitad de dicho océano.

Los volcanes que forman la dorsal emiten magmas básicos, poco viscosos y por tanto poco explosivos, de modo que la actividad volcánica es poco peligrosa. Ejemplos de este tipo de volcanes son los que forman el archipiélago de las Hawaii. Por otra parte, como las placas se están separando, apenas existe rozamiento entre ellas, de modo que en los bordes divergentes casi no se producen terremotos.

En resumen, en los bordes divergentes entre placas oceánicas se produce la formación de nueva corteza oceánica, lo que da lugar a la formación y expansión de los océanos. En el proceso se distinguen tres fases:

Fase de rift, en la que se forma un valle dentro de un continente que se está partiendo.
Fase de Mar Rojo, en la que se desarrolla un mar estrecho y alargado, y
Fase de Océano Atlántico.

Los bordes transformantes

Si dos plazas litosféricas se desplazan siguiendo direcciones paralelas, como consecuencia del empuje horizontal ejercido por las corrientes de convección, en sus bordes no se crea ni se destruye litosfera, por lo que el borde entre ambas se denomina pasivo o transformante. En cualquier caso, el hecho de que no existan movimientos verticales no implica que no ocurran fenómenos geológicos importantes. El límite entre las placas se reconoce, en la superficie, como una falla uno de cuyos bordes se mueve respecto al otro a lo largo del eje de la propia falla. Esto hace que los materiales rocen entre sí, acumulándose entre ellos energía elástica que, de cuando en cuando, se descarga en forma de terremotos.

La región geográfica donde mejor se aprecian estos procesos geológicos en la actualidad es la Falla de San Andrés, que se extiende a lo largo de California. En esta zona la Placa del Pacífico se desplaza hacia el noroeste, al tiempo que la Placa Americana lo hace hacia el sureste. La falla marca el límite entre ambas placas, y su actividad tiene como resultado que la zona sea una de las de mayor actividad sísmica del planeta. Sin embargo, no se producen fenómenos volcánicos reseñables, ya que no hay movimientos verticales de materiales.

Los bordes destructivos

Las ramas descendientes de las corrientes de convección provocan que las placas litosféricas choquen entre sí. Evidentemente, la inercia de semejantes masas de terreno es enorme, y da lugar a fenómenos geológicos de gran intensidad. Sin embargo, los fenómenos que tienen lugar dependen, en gran medida, de la naturaleza de los materiales que forman las placas que chocan entre sí.

Básicamente, se pueden distinguir dos tipos de placas litosféricas: las oceánicas, que están formadas sobre todo por la corteza del fondo marino, y las continentales, constituidas por terrenos emergidos. Hay una diferencia fundamental entre ellas. La corteza que forma las placas oceánicas está formada por rocas basálticas, procedentes del Manto, por lo que presenta una densidad elevada. En las placas continentales, por encima de esa corteza basáltica aparecen materiales graníticos mucho menos densos. Esto hace que, en su conjunto, las placas litosféricas oceánicas sean más densas que las placas continentales. Esta diferencia de densidad tiene importancia cuando dos placas litosféricas chocan entre sí:

Choque entre dos placas oceánicas: las dos placas son muy densas, lo que hace que la convección las arrastre a ambas hacia el interior de la Tierra. De este modo se forman surcos extremadamente profundos en el límite entre ambas placas, que reciben el nombre de fosas oceánicas. El hundimiento de los materiales rocosos hace que estos se calienten, llegando a fundirse, de modo que se producen erupciones volcánicas, dando lugar a archipiélagos volcánicos dispuestos, típicamente, en forma de arco, ya que siguen la posición del límite de las placas. Ocasionalmente se producen maremotos en estas zonas. La estructura más representativa de este fenómeno se localiza en las islas Marianas. Se trata de un archipiélago de origen volcánico, en forma de arco, junto al cual aparece la fosa oceánica del mismo nombre, donde se encuentra el punto más profundo de la superficie de la Tierra. El proceso de hundimiento de los materiales hacia el interior de la Tierra recibe el nombre de subducción.

Choque entre una placa oceánica y una placa continental: en este caso la placa oceánica es más densa que la continental, por lo que ésta tiende a quedarse en la superficie mientras que la placa oceánica se hunde bajo ella. Se trata, de nuevo, de un proceso de subducción que da origen a la formación de una fosa oceánica y de un arco de islas, siendo Japón el ejemplo más paradigmático de este tipo de estructuras

Sin embargo, existen diferencias importantes con el caso anterior. Al estar cerca de un continente, la fosa oceánica recibe grandes cantidades de materiales erosionados que se acumulan en ella, formando un geosinclinal. La cantidad total de sedimentos es enorme, llegando a alcanzar profundidades de varios kilómetros, y dando lugar a la formación de rocas sedimentarias y, en su fondo, metamórficas. Estos sedimentos son empujados por la placa oceánica y pueden llegar a plegarse, formando grandes cadenas montañosas dispuestas a lo largo de la costa de un continente. El mejor ejemplo que se puede citar de estas estructuras es la cadena montañosa que se extiende, de forma prácticamente continua, desde Alaska hasta el extremo sur del continente americano, a lo largo de toda su costa occidental.

Otra diferencia importante entre la subducción que ocurre entre dos placas oceánicas o entre una placa oceánica y una continental es que los materiales que subducen en este caso son sobre todo sedimentos, de carácter ácido y muy viscosos. Esto hace que en estas zonas se produzcan tanto terremotos de gran intensidad como erupciones volcánicas explosivas

Este tipo de procesos permite explicar el origen y la distribución de la mayoría de las cordilleras montañosas de nuestro planeta.

Choque entre dos placas continentales: en este caso las dos placas son poco densas, y ninguna de las dos tiende a hundirse. En vez de que ocurra eso, las dos chocan entre sí y se pliegan, dando lugar a una cordillera que queda ubicada entre dos zonas continentales. Como no hay hundimiento de materiales este proceso recibe un nombre diferente: obducción. En general, antes de que dos fragmentos de corteza continental lleguen a chocar directamente, se ha producido en su margen la subducción de un fragmento de corteza oceánica, por lo que ya existen en ellos cadenas montañosas litorales, entre las cuales se eleva una nueva cordillera, más elevada aún que la anterior.

Este mismo proceso se producirá en el futuro en la Cuenca Mediterránea. El continente africano se está desplazando hacia el norte, chocando con el sur del continente europeo, lo que provocará el cierre del Mediterráneo. Los sedimentos que se están acumulando en su fondo se plegarán y formarán una cordillera entre los Alpes y el Atlas.

La Tectónica de placas permite explicar, por lo tanto, los principales acontecimientos geológicos que han ocurrido en nuestro planeta a lo largo de su historia, así como los principales fenómenos geológicos internos que ocurren en él en la actualidad. En particular, los límites de placa son las zonas donde se producen la práctica totalidad de volcanes y terremotos. Conocer a fondo la dinámica de las placas tectónicas tiene, por tanto, utilidad en la previsión y prevención de los efectos de este tipo de fenómenos

La tectónica de placas: un paradigma explicativo en la Geología - I

2010-12-11T09:50:00.001+01:00

Una de las teorías científicas actuales con mayor proyección, en función del número de fenómenos que explica, en particular en el ámbito de las Ciencias de la Tierra y la Geología, es la Tectónica Global, también llamada Tectónica de Placas. Gracias a esta teoría es posible explicar el mecanismo de formación los océanos y de las cordilleras montañosas, su distribución geográfica, la distribución geográfica de los fósiles... Desde un punto de vista más aplicado, la Tectónica también permite identificar las zonas donde existe riesgo de que ocurran erupciones volcánicas o terremotos, lo que hace posible la ordenación del territorio y la adopción de medidas preventivas para reducir sus daños...

Los elementos básicos a partir de los que se elabora la teoría de la Tectónica de Placas son la diferenciación dinámica de los materiales terrestres (es decir, según su respuesta a los esfuerzos), la existencia de una fuente de calor en la Mesosfera profunda y la capacidad de los materiales de la Mesosfera de transmitir ese calor mediante convección hacia las capas más superficiales del planeta.

En cuanto al primer aspecto, en nuestro planeta pueden distinguirse tres capas que se caracterizan por responder de modo diferente ante los esfuerzos: la Litosfera, la más superficial, presenta un comportamiento rígido, es decir, los materiales que la constituyen se rompen cuando se les aplica una fuerza. Por el contrario la Mesosfera, la capa intermedia, tiene un comportamiento típicamente plástico, lo que significa que al aplicarles fuerzas se deforman permanentemente, pero sin romperse. Por último, la parte externa de la Endosfera es líquida.

La energía térmica de la Mesosfera se debe a las desintegraciones radiactivas que sufren los materiales pesados presentes en él. El núcleo también está caliente, pero su temperatura no es suficiente para explicar el flujo de calor que llega hasta la superficie. Por último, el comportamiento plástico de la Mesosfera permite que este calor se transmita hasta la superficie mediante un mecanismo de convección: los materiales calientes, menos densos, pueden fluir hacia el exterior de la Mesosfera, empujando desde abajo la litosfera. Este es el detalle más delicado de la Tectónica, ya que supone que materiales que se encuentran en estado sólido tengan capacidad de fluir.

Modelo químico	Modelo dinámico
Corteza	Litosfera
Manto superior	Litosfera
Manto inferior	Mesosfera
Núcleo externo	Endosfera
Núcleo interno	Endosfera

La energía térmica que llega a la Litosfera, de comportamiento rígido, hace que ésta se rompa en las zonas donde se produce el ascenso de materiales calientes. Las fracturas hacen que la superficie del planeta quede dividida en fragmentos de gran extensión llamados placas litosféricas. Las líneas de fractura, llamadas bordes de placa, coinciden con las zonas en las que el material caliente sube hasta la superficie de la Tierra, o con las zonas en las que se cierra la corriente de convección, donde el material ya frío vuelve a hundirse hacia las profundidades del Manto. El movimiento horizontal del material de la Mesosfera por debajo de las placas litosféricas posee la suficiente energía como para arrastrar la placa con él, de modo que las placas son móviles. Su desplazamiento alcanza velocidades de hasta algunos centímetros por siglo, muy elevadas para fenómenos geológicos.

El material que asciende desde la Mesosfera llega a aflorar a la superficie, dando lugar a procesos volcánicos. Estas rocas fundidas que alcanzan la superficie desplaza las rocas más antiguas, dando lugar a la expansión de la superficie. Se sabe que la Tierra no ha cambiado significativamente de tamaño a lo largo de su historia geológica, lo que supone que este material emitido por el Manto debe regresar a él, lo que ocurre a lo largo de las zonas de descenso de las corrientes de convección.

Así pues, la Tectónica postula que la Litosfera está dividida en un conjunto de fragmentos de gran tamaño, llamados placas, cuyos límites se sitúan en los tramos verticales, ascendentes o descendentes, de las corrientes de convección de la Mesosfera. Los límites o bordes de placa son, debido a esto, zonas de intensa actividad geológica.

Según los procesos que ocurren en los límites de placa, se pueden distinguir varios tipos de bordes de placa:

En las zonas donde asciende el material de la Mesosfera, las placas se separan entre sí. El borde de placas se denomina, por lo tanto, divergente. Asimismo, la llegada de materiales procedentes de la Mesosfera da lugar a la creación de nueva Corteza, por lo que también reciben el nombre de bordes constructivos.
En las zonas donde el material regresa a la Mesosfera, a lo largo de las ramas descendentes de las corrientes de convección, las placas se aproximan entre sí, lo que explica el nombre de bordes convergentes para estos límites. Asimismo, en estas zonas se produce la destrucción de una parte de la Corteza, por lo que se habla también de bordes destructivos.
Por último, hay zonas en las que las placas se mueven siguiendo direcciones paralelas entre sí. Estos límites se denominan bordes transformantes o, como en ellos no se crea ni se destruye Corteza, bordes pasivos.

Los movimientos de ascenso y descenso de los materiales que forman parte de la Mesosfera están estrechamente relacionados con el vulcanismo. Sin embargo, es necesario recordar que la Mesosfera se encuentra en estado sólido, mientras que el magma arrojado por los volcanes es una mezcla de rocas sólidas, materiales líquidos (lava) y gases. Existen dos mecanismos que dan lugar a la formación de magmas que, además, explican la diferencia entre las características de los volcanes que los arrojan.

Los materiales que ascienden de la Mesosfera están a temperaturas muy elevadas, pero se mantienen en estado sólido debido a la presión de las rocas que se encuentran sobre ellos. Cuando llegan hasta el exterior, esa presión desaparece por lo que estos materiales pueden llegar a fundirse. Por otra parte, los materiales que se hunden en las partes descendientes de las celdas de convección están inicialmente fríos, pero van aumentando su temperatura por rozamiento con el resto de las rocas.

También hay una diferencia en la composición de los materiales: los procedentes de la Mesosfera tienen carácter básico, dando lugar, sobre todo, a rocas basálticas. Los magmas procedentes de este tipo de rocas son poco viscosos y provocan erupciones volcánicas poco explosivas. Son típicos, por tanto, de bordes constructivos o divergentes. Los materiales de la litosfera que se hunden son, por el contrario, de naturaleza ácida, formados por rocas sobre todo graníticas, y provocan erupciones volcánicas explosivas, típicas de bordes destructivos o convergentes.

El interior de la Tierra I: Métodos de estudio

2010-12-09T20:38:00.000+01:00

La Tierra tiene un radio de algo más de 6000 kilómetros, de los cuales apenas se ha conseguido excavar los qunice primeros. A pesar de ello, los geólogos disponen de diferentes procedimientos de estudio que les permiten obtener información del interior de nuestro planeta, hasta el punto de que actualmente se puede decir que se conocen bastantes detalles acerca de su composición, estructura y dinámica. Algunos de estos métodos de estudio son directos, como la exploración geológica, el estudio de los materiales extraídos de las minas o la realización de sondeos geológicos, pero los más importantes son métodos indirectos, entre los que destaca el método sísmico, pero que también incluyen métodos gravimétricos, magnéticos, eléctricos o el estudio de los meteoritos.

La exploración geológica consiste en la recogida y estudio de muestras superficiales, a partir de las cuales se puede conocer su naturaleza y edad, pero también sobre otros aspectos de su historia geológica, como los esfuerzos y deformaciones que han sufrido a lo largo del tiempo. Los datos recogidos se recopilan y representan en el mapa geológico, y pueden ser utilzados también para elaborar cortes geológicos que permiten reconstruir la historia de una zona determinada.

El estudio geológico de las minas también ha proporcionado información interesante acerca del interior de nuestro planenta, a pesar de que las más profundas no alcanzan más allá de los 4 kilómetros de profundidad. Gracias a los datos recogidos en minas se ha conocido, por ejemplo, la existencia de un gradiente geotérmico, es decir, de una variación de la temperatura del terreno en función de la profundidad, de 3ºC cada 100 metros.

Otro procedimiento directo de estudio del interior de la Tierra es la realización de sondeos geológicos, excavaciones que se realizan tanto con fines científicos como tecnológicos (por ejemplo, determinar si el subsuelo de una zona es apto para realizar determinadas obras) y en las que se extrae un cilindro de material llamado testigo. El sondeo más profundo realizado hasta la actualidad es el KSB (Kola Superdeep Borehole), al norte de Rusia, que ha llegado hasta los 15 km. Los testigos permiten crear litotecas, es decir, colecciones de material rocoso que proporcionan información de rocas y fósiles profundos.

En cuanto a los metodos indirectos de estudio del interior de la Tierra, el más utilizado es el método sísmico, que trata de obtener información a partir de las ondas emitidas por un terremoto. Un sismo, seísmo o terremoto es una sacudida brusca del terreno causada por la liberación brusca de la energía elástica acumulada en los bordes de una falla. La energía elástica es el tipo de energía mecánica que poseen los materiales sometidos a un esfuerzo antes de romperse, y una falla es una discontinuidad entre los materiales geológicos que forman el terreno.

La energía liberada en el foco del terremoto se propaga en todas las direcciones mediante ondas materiales de varios tipos. Las características de cada una de esas ondas son de particular interés porque proporcionan información acerca de los materiales que atraviesan.

Del foco sísmico parten dos tipos de ondas, las P o primarias y las S o secundarias. Las P son ondas longitudinales y se transmiten a través de cualquier tipo de medio, mientras que las S son transversales, tienen una velocidad de propagación menor que las S y no se transmiten a través de medios fluidos. Las ondas P y S permiten conocer aspectos fundamentales de los medios a través de los cuales se transmiten:

Los cambios que se producen en las características del medio: cuando las ondas (de cualquier tipo) pasan de un medio a otro de características diferentes sufren un cambio en su velocidad (se refractan). Así se han identificado tres cambios bruscos de propiedades, o discontinuidades, que separan cuatro capas concéntricas, que de fuera a dentro son: corteza, manto, núcleo externo y núcleo interno.
Los cambios graduales que ocurren dentro de un medio sin cambio de composición: dentro de cada capa, algunas características cambian gradualmente, lo que se manifiesta en que las ondas no se propagan en línea recta sino siguiendo trayectorias curvas. Esto ha permitido determinar cambios de densidad y fluidez dentro de la estructura del manto.
El estado físico de los medios que atraviesan: como las ondas S no se transmiten a través de fluidos, podemos saber, según los tipos de ondas que se reciban en un punto, si éstas han atravesado o no materiales líquidos. De este modo se ha llegado a la conclusión de que el núcleo externo es fluido. Sin embargo, los cambios en la propagación de las ondas P indican que el núcelo interno es sólido, debido a que sus materiales, a pesar de estar a mayor temperatura que los del núcleo externo, están muy comprimidos.

Cuando las ondas P y S alcanzan la superficie del terreno dan lugar a nuevas ondas llamadas superficiales porque solo se transmiten por el suelo, y que son las principales responsables de los daños causados por el terremoto.

El estudio de la propagación de las ondas sísmicas ha permitido elaborar un modelo del interior de la Tierra según el cual nuestro planeta está diferenciado en varias capas. Los cambios en la composición permiten distinguir tres de ellas, corteza, manto y núcleo, mientras que los cambios en el comportamiento de los materiales sometidos a esfuerzos establece otras capas diferentes: litosfera, que comprende la corteza y la capa superior del manto, y que presenta comportamiento rígido (se rompe cuando se le aplica una fuerza), la mesosfera, formada por el resto del manto, y la endosfera, equivalente al núcleo, dividida a su vez en núcleo externo (líquido) y núcleo interno (sólido).

Desde el punto de vista de los fénomenos geológicos, el modelo dinámico resulta mucho más interesante que el basado en la composición. Los aspectos fundamentales de este modelo son que la mesosfera libera grandes cantidades de calor, generado como consecuencia de la desintegración radiactiva de sus materiales. Este calor se transmite hacia la superficie de la Tierra mediante convección ya que, aunque el manto no sea realmente un fluido, presenta un comportamiento plástico, pudiendo deformarse y fluir ante tales cantidades de energía. Para hacernos una idea, podemos visualizar los materiales del manto como si estuvieran formados por plastilina, material evidentemente sólido pero que responde de modo plástico a los esfuerzos. Cuando los materiales calientes que se desplazan desde la mesosfera profunda hacia el exterior transmiten su energía a la Litosfera, ésta responde de forma rígida, rompiéndose en fragmentos llamados placas. Este modelo es, por tanto, la base explicativa de la Tectónica Global.

Evolución geológica de la Tierra: la evolución de la atmósfera

2010-12-09T16:13:00.000+01:00

Hace unos 4500 millones de años, una vez que se habían producido las consecuencias "a corto plazo" del Gran Acontecimiento Térmico, nos encontramos con un planeta bastante similar al actual, desde el punto de vista geológico: la Tierra presenta una estructura interna diferenciada en capas (núcleo, manto y corteza) y dos capas externas formadas por materiales ligeros: la hidrosfera, capa de agua en estado líquido o sólido que cubre la mayor parte de la superficie, y la atmósfera, capa gaseosa que rodea por completo al planeta. De hecho, apenas se aprecian diferencias entre el aspecto del planeta en ese momento y la actualidad, excepto por la composición de la atmósfera.

Es difícil conocer en detalle la composición de la atmósfera primitiva, aunque hay algunos datos que sí que poseemos: no tenía oxígeno y su composición probablemente fuera similar a la de los gases emitidos por los volcanes. También hay que tener en cuenta las sustancias que pudieron ser aportadas por los cometas.

En estas condiciones, con la Tierra aún a mayor temperatura que en la actualidad, se supone que la atmósfera debió estar formada sobre todo por vapor de agua, dióxido de carbono y otros gases como nitrógeno, óxidos de azufre y nitrógeno, etc.

La abundancia de dióxido de carbono y vapor de agua tiene gran importancia a la hora de entender la evolución del clima de nuestro planeta. Una atmósfera como la descrita en el párrafo anterior sería bastante similar a la del Venus actual, planeta en el que se da un efecto invernadero tal que eleva su temperatura a varios cientos de grados centígrados. En esas condiciones, la aparición de la vida hubiera resultado imposible. La aparente paradoja se resuelve si tenemos en cuenta que en la época en cuestión, hace unos 4.500 millones de años, el Sol debía ser una estrella más fría que en la actualidad, de modo que un efecto invernadero de gran intensidad habría permitido mantener una temperatura adecuada para que el agua recién formada o recién recibida pasara al estado líquido, sin llegar a congelarse totalmente.

La evolución posterior de la atmósfera debió permitir mantener un estado de equilibrio térmico más o menos estable, de modo que, a medida que se consumía el calor del gran acontecimiento térmico, el Sol iba aumentando su temperatura. La atmósfera actuaría como mecanismo de regulación, mediante la condensación del vapor de agua, manteniendo una temperatura media en el planeta que hiciera posible la permanencia de la hidrosfera y, con ella, la evolución de los seres vivos.

Precisamente los organismos fueron los responsables de los siguientes grandes cambios en la composición atmosférica: por una parte, en primer lugar, la aparición de los organismos autótrofos, capaces de utilizar el dióxido de carbono para producir sus propias moléculas, retiró progresivamente este gas de la atmósfera, reduciendo la intensidad del efecto invernadero producido por él y contribuyendo a mantener el equilibrio climático del planeta.

Por otra parte, hace unos 3.000 millones de años se produjo un hito evolutivo fundamental en la historia de nuestro planeta: la aparición de los organismos aerobios. Se trataba, inicialmente, de cianobacterias capaces de utilizar el agua en el proceso de la fotosíntesis, lo que incrementaba su rendimiento energético a costa de producir oxígeno, sustancia ausente de la atmósfera hasta ese momento y que resultaba tóxica para todos los organismos existentes hasta entonces. Además de las implicaciones biológicas que tuvo ese proceso (aparición de los eucariotas), la cantidad de oxígeno generada por estos seres vivos fue tal que este gas se fue acumulando en la atmósfera en grandes cantidades. Hace unos 600 millones de años la concentración de oxígeno en la atmósfera era tan alta que resultaba suficiente para que se formara una capa de ozono (O₃), sustancia que absorbe una buena parte de la radiación ultravioleta procedente del Sol, protegiendo a los seres vivos de las mutaciones provocadas por ella.

En resumen, el proceso de evolución atmosférica en la Tierra muestra una relación de interdependencia entre varios procesos y características peculiares de nuestro planeta: los cambios en la emisión de energía por parte del Sol, la concentración atmosférica de gases de invernadero (en particular del CO₂) y la actividad de los seres vivos, que influyó claramente sobre la concentración de dióxido de carbono.

La Tierra: origen y evolución

2010-11-08T23:43:00.000+01:00

La historia geológica de nuestro planeta empieza hace unos 4.600 millones de años, en una nebulosa planetaria, una nube de gas cuya masa total era algo mayor que la de nuestro actual sistema solar que se encontraba girando sobre sí misma. La atracción gravitatoria de la masa de gas hizo que esta se contrajera, aumentando su velocidad de giro como consecuencia del principio de conservación del momento de inercia (lo que le ocurre a un patinador cuando gira sobre el hielo).

La elevada concentración del gas en estas situaciones provocó que aumentaran los choques entre sus moléculas, haciendo que la masa se calentara. El resultado debió ser la formación de una masa central esférica (la protoestrella) rodeada de un disco de materia aplanado. Estructuras similares se han observado en las estrellas T Tauri.

Dentro de este protosistema, la estrella evolucionó aumentando su temperatura hasta alcanzar la necesaria para que se iniciara la fusión nuclear. Entre tanto, la formación de los planetas ocurrió mediante choques inelásticos entre fragmentos rocosos de pequeño tamaño (unos pocos kilómetros de diámetro). Este proceso, durante el cual los pequeños cuerpos llamados planetesimales se iban fundiendo entre sí recibe el nombre de acreción, y tuvo lugar a baja temperatura, por lo que los planetas embrionarios que se formaron durante el proceso no llegaron a fundirse.

La acción del viento solar, es decir, de las partículas emitidas por la estrella, acabó limpiando de polvo y fragmentos menores el conjunto del sistema. El resultado, en lo que se refiere a los planetas rocosos, fue la formación de cuerpos similares a Mercurio o la Luna: esferas sometidas a un intenso bombardeo meteorítico, con un gran número de cráteres en su superficie, con pocos compuestos volátiles (su masa era demasiado baja para retener esas sustancias) y con una estructura geológica homogénea (sin capas diferenciadas).

Inicialmente, en la parte del Sistema Solar que ahora está ocupada por los planetas interiores debieron formarse unos veinte de estos cuerpos, que fueron chocando entre sí hasta reducir su número a los cuatro actuales.

La formación de la Luna debió producirse en una fase posterior. Nuestro satélite tiene un tamaño desproporcionadamente grande, respecto al de nuestro planeta, de modo que resulta improbable que fuera atrapada por la gravedad terrestre. En lugar de esto, se supone que lo que debió ocurrir fue un choque contra un cuerpo de gran tamaño, posiblemente parecido al volumen actual de la Tierra, que arrancó grandes cantidades de material del planeta. Una parte de estos fragmentos volvió a caer sobre nuestro planeta, pero otra partese condensó para originar la Luna.

Incluso al final de este proceso, la Tierra era un cuerpo homogéneo, no diferenciado en capas, y sin atmósfera ni hidrosfera, ya que los fragmentos a partir de los cuales se había formado no tenían compuestos volátiles.

Evolución geológica de la Tierra

Lo que sí había en la Tierra, sin embargo, era una considerable cantidad de materiales radiactivos. En un momento dado, de hecho, debieron acumularse en cantidad suficiente como para fisionarse espontáneamente, iniciando una reacción en cadena que debió afectar a todo el planeta, provocando la fusión total del mismo. Este proceso, conocido como "Gran acontecimiento térmico" tuvo importantes consecuencias geológicas en nuestro planeta, determinando su evolución posterior.

En primer lugar, la fusión del planeta provocó que los materiales se fueran ordenando según su densidad. Los más pesados se hundieron en el fluido, situándose en el centro del planeta, mientras que los más ligeros quedaron en la superficie. En nuestro planeta el elemento más pesado que se encuentra en una proporción significativamente grande es el hierro. El hundimiento del hierro hacia el interior del planeta (colapso o catástrofe del hierro) permitió la formación del núcleo y, lo que es más importante, la aparición del campo magnético terrestre, que ha jugado un importante papel en la evolución de la vida en la Tierra: la presencia de un campo magnético intenso, como el terrestre, permite desviar las partículas cargadas que constituyen el viento solar que, de hecho, solo alcanzan nuestro planeta en los círculos polares, donde convergen las líneas de fuerza del campo magnético. La penetración de las partículas del viento solar en la atmósfera da lugar a las auroras boreal y austral. Entre tanto, el resto del planeta queda protegido de esta forma de radiación, enormemente energética, que habría impedido la evolución de la vida en la Tierra, debido a su gran poder mutagénico.

El resto de los materiales constituyentes de nuestro planeta también se ordenaron en función de su densidad, lo que originó la diferenciación en capas concéntricas que presenta la Tierra en la actualidad: núcleo, manto y corteza.

Otro de los efectos del gran acontecimiento térmico fue la formación de nuevos compuestos químicos, que originalmente estaban ausentes en la composición del planeta. Entre estas sustancias, producidas como consecuencia de las reacciones químicas que tuvieron lugar durante la fusión planetaria, aparecieron sustancias de bajo peso molecular: agua, dióxido de carbono, nitrógeno... Estos compuestos no habían podido ser retenidos por la baja gravedad de los planetesimales, pero sí que podían quedarse retenidos en un planeta del tamaño terrestre. El enfriamiento del planeta cuando se hubo consumido la mayor parte del combustible radiactivo permitió que una parte de esos compuestos formara la atmósfera primitiva, mientras que el agua pudo formar la hidrosfera.

Una teoría distinta, basada en la comparación de los isótopos presentes en la atmósfera con los que son emitidos por los volcanes, sugiere que el agua y los gases atmosféricos proceden, al menos en una buena parte, del impacto de cometas de hielo.

Evolución del Universo: la génesis de los elementos

2010-11-08T17:40:00.000+01:00

El estudio de la evolución del Universo a partir de sus primeros instantes resulta extremadamente complejo para la Cosmología actual, ya que es imposible realizarlo mediante observación directa. Las pruebas que proporcionan información acerca de esos primeros instantes proceden, básicamente, del estudio de la radiación de fondo y de las fuentes de emisión más lejanas, cuya luz es, también, la más antigua que llega hasta nosotros. Asimismo, el estudio de las características de las partículas elementales (menores que los protones y los neutrones) ha permitido conocer las circunstancias en las que se pudieron producir estableciendo, por tanto, las condiciones que tuvieron que darse durante ese proceso.

Gracias a esos y otros datos se sabe que la generación de la materia que constituye nuestro Universo tuvo lugar en momentos muy tempranos después del Big Bang, pero ligeramente después de que éste ocurriera. Durante los instantes iniciales, sin embargo, no existía la materia tal y como la conocemos, ni siquiera se habían establecido las formas de interacción (las fuerzas) que se producen entre las partículas y que hoy conocemos (fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil, fuerza electromagnética y fuerza gravitatoria). Esa primera fase fue determinante para que el Universo adquiriera el aspecto que hoy conocemos, y durante ese periodo se produjeron acontecimientos, aparentemente aleatorios, que determinaron la evolución futura de todo cuanto conocemos. Por ejemplo, se sabe que durante la gran explosión se produjo tanto materia como antimateria. Cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan entre sí, transformándose en energía. En los primeros momentos de la evolución del Universo se produjo, sin que aún esté clara la razón, una asimetría entre materia y antimateria que permitió que, después de su aniquilación, quedara materia "sobrante", la que constituye la totalidad del Universo actual.

El encuentro entre materia y antimateria produce su aniquilación para generar energía

En todo caso, esos primeros momentos fueron extremadamente breves: al cabo de 10^-34 segundos ya se habían formado todas las partículas subatómicas del Universo, y tras 10^-10 segundos ya existían todos los protones y neutrones.

A lo largo del siguiente periodo, que se extendió desde los 100 segundos hasta que el Universo contaba con tres minutos de historia, se produjo el primer proceso de síntesis de elementos químicos, conocido como nucleosíntesis del Big Bang o primordial.

En ese momento la temperatura del Universo era uniformemente elevada, por encima de la necesaria para la fusión nuclear. Los procesos anteriores habían dado lugar a la formación de neutrones y protones, siendo éstos más abundantes debido a su mayor estabilidad. Como resultado, la mayor parte de los protones quedaron solos, formando núcleos de Hidrógeno (¹H₁), mientras que otra parte chocó con neutrones dando lugar a la formación de Deuterio (²H₁). El deuterio, sin embargo, era inestable en estas condiciones; una parte de él se descomponía para formar de nuevo hidrógeno y neutrones, mientras que otra parte podía participar en choques, siendo los más productivos los que implicaban dos núcleos de Deuterio para producir un núcleo de Helio (⁴He₂). Al cabo de unos tres minutos el proceso se detuvo porque el Universo se había enfriado por debajo de la temperatura de fusión nuclear. El resultado final del proceso fue que el 75% de toda la masa se encontraba en forma de Hidrógeno, el 25% en forma de Helio, un 0,01% como Deuterio y una proporción ínfima como Litio y Berilio. En este proceso no se formaron núcleos pesados.

El segundo proceso de formación de elementos es la nucleosíntesis estelar, que tiene lugar en estrellas de tamaño similar a nuestro Sol. En estas condiciones se pueden generar, en mayor o menor medida, casi todos los elementos químicos estables hasta el hierro a través de tres mecanismos posibles: las cadenas protón-protón, que producen Helio, Litio y Berilio, el proceso triple alfa, que transforma el Litio en Berilio y, sobre todo, el ciclo CNO (Carbono-Nitrógeno-Oxígeno), en el que se producen diferentes isótopos de estos tres elementos. Así pues, el ciclo CNO permite explicar el origen de los elementos fundamentales para la aparición de la vida, y dado que este tipo de procesos puede darse en multitud de estrellas, parece probable que la vida haya podido surgir en multitud de sistemas estelares a lo largo y ancho del Universo, en un gran número de ocasiones.

Procesos menos importantes de fusión, posibles en las condiciones que reinan en estrellas de tamaño medio, hacen posible explicar también el origen del resto de los elementos químicos hasta el hierro. Sin embargo, los núcleos más pesados que este elemento no pudieron formarse en ese tipo de estrellas, sino que debieron hacerlo en el interior de supernovas. Las condiciones más extremas que se dan en este tipo de cuerpos permitieron la formación de los elementos más pesados, incluyendo los núcleos radiactivos hasta el Uranio.

La presencia de estos elementos en nuestro planeta parece indicar que nuestro sistema solar debió evolucionar a partir de una nebulosa formada como resultado de la explosión de una supernova preexistente.

El último proceso propuesto para la explicación de la síntesis de los elementos químicos es la espalación de rayos cósmicos, es decir, el choque de estas formas de radiación con otros cuerpos celestes. Este mecanismo ayuda a explicar la abundancia de elementos ligeros (Hidrógeno, Deuterio, Helio) en el Universo.

El Universo desde Kepler hasta nosotros

2010-10-07T12:39:00.064+02:00

Isaac Newton

El siguiente científico en aportar un avance significativo a nuestro conocimiento del Universo fue Newton. Su descubrimiento de la ley de la Gravitación Universal le llevó a formular un razonamiento que ha sido conocido históricamente como el "Silogismo de Newton", y que aún se puede utilizar como modelo de razonamiento lógico. El punto de partida de Newton en su silogismo fue considerar como premisas, por una parte, la idea de que la Tierra se encuentra en el centro del Universo, y por otra su propia ley de Gravitación:

La Tierra se encuentra en el centro del Universo
La gravedad atrae a todos los cuerpos hacia el centro de atracción.

La conclusión lógica del razonamiento debería ser, evidentemente, que todos los cuerpos deberían caer hacia la Tierra, pero esa conclusión es opuesta a la observación que cualquiera de nosotros puede hacer. La conclusión a la que Newton llegó finalmente fue, por lo tanto que, dado que los cuerpos no caen hacia la Tierra, nuestro planeta no ocupa el centro del Universo, con lo que negaba la premisa mayor del argumento.

La especulación de Newton le llevó, seguidamente, a proponer un modelo alternativo del Universo: para que los cuerpos celestes no lleguen a caer en el centro de atracción, es necesario que no exista ese centro, de modo que las fuerzas gravitatorias se compensen entre sí. Esto supone, por otra parte, la necesidad de que el Universo sea infinito...

Este es un buen ejemplo de trabajo puramente deductivo dentro del campo de la ciencia. La falsedad del silogismo de Newton le llevó a negar una premisa, una "verdad establecida", y la aplicación de la Lógica le condujo hasta la formulación de un modelo de Universo infinito y eterno...

...Hasta que llegó la paradoja de Olbers (que bien podría ser la de Kepler, porque fue él el primero que hizo la observación. Si el Universo fuera infinito y eterno, el número de estrellas sería tan grande que, finalmente, se solaparían entre sí, cubriendo todo el firmamento. Así que durante la noche no veríamos un cielo negro, sino completamente luminoso, porque miráramos a donde mirárarmos, al final siempre nos encontraríamos con una estrella luminosa. El hecho es que esto no ocurre, de ahí el carácter paradójico de la observación. Se han dado varias posibles explicaciones a la paradoja de Olbers,algunas más fáciles de comprender que otras:

Paradoja de Olbers: en un Universo infinito, cualquier punto de nuestro campo visual debería estar ocupado por una estrella

El Universo es finito. En consecuencia, el número de estrellas es limitado, y la aparente paradoja se desvanece. Un número finito de objetos pueden separarse en un espacio también finito, si éste es lo suficientemente grande.
Las estrellas no son eternas, sino que nacen y mueren. Aunque supongamos que el Universo es infinito, si no todas las estrellas están activas simultáneamente, en cada momento puede haber solo un número limitado de ellas, de modo que volvemos a la situación anterior.
Las estrellas se alejan de nosotros, y debido a eso su luz se vuelve más "débil". En realidad, aquí débil significa que la radiación que nos llega tiene una mayor longitud de onda (menos energía), hasta que, a partir de un cierto momento, queda por debajo del umbral visible. También eso explicaría la paradoja, puesto que simplemente seríamos incapaces de ver las estrellas más lejanas.

El hecho es que, hoy por hoy, las tres soluciones anteriores se consideran correctas: el Universo es finito, las estrellas tienen una vida limitada y, además, se están alejando de nosotros. Pero antes de llegar hasta aquí, se han formulado otros modelos importantes del Universo.

El Universo de Einstein

Albert Einstein

Incluso en una época tan próxima a nosotros, en términos históricos, como el principio del siglo XX, la idea que los científicos tenían de nuestro Universo era completamente diferente a la que tenemos ahora. Einstein propuso que nuestro Universo estaba formado por una única galaxia, la Vía Láctea, aislada en un espacio infinito. Por esa razón el modelo de Einstein se conoce como modelo de Universo Isla. La hipótesis de Einstein iba aún más allá, de modo que proponía que ese Universo era, además, estático.

Sin embargo, la contradicción a su hipótesis le llegó a Einstein de lugar más inesperado: su propio trabajo. La resolución de las ecuaciones que él mismo había planteado en el seno de su Teoría de la Relatividad, cuya validez, por otra parte, había quedado bien demostrada, llevó a la conclusión de que el Universo no puede ser estático: tiene que estar o bien expandiéndose o bien contrayéndose. Einstein intentó, en todo caso, conjugar los resultados de la Teoría de la Relatividad con su idea del Universo, para lo que introdujo en el modelo matemático un valor llamado Constante Cosmológica. No tuvo éxito a la hora de conseguir que el Universo se mostrara como estático, aunque la constante cosmológica parece jugar un papel fundamental en nuestra visión actual del Universo.

Einstein concebía el Universo como una única galaxia aislada en el vacío

Hubble y el desplazamiento hacia el rojo

Edwin Hubble era un investigador que estudiaba la radiación emitida por objetos muy lejanos. Al repetir, después de un par de años, las observaciones de un mismo objeto apreció que la luz de la segunda medida era más rojiza que la primera. Al repetir las mediciones en otros objetos los resultados fueron similares: la luz de todos los objetos lejanos que Hubble observó se estaba volviendo más roja.

En Física, esto tiene un significado más profundo de lo que cabe suponer a primera vista. El color de la radiación está relacionado con su longitud de onda: la longitud de onda de la radiación azul es más corta que la de la radiación roja. La explicación de este fenómeno es el efecto Doppler, que todos hemos experimentado con otro tipo de ondas, las del sonido: el sonido de un cuerpo que se mueve hacia nosotros cambia de tono a medida que se acerca, y vuelve a hacerlo al alejarse. En este caso, la variación del tono también se debe al cambio de la longitud de onda. Cuando un cuerpo que emite ondas se acerca a nosotros, las ondas tardan cada vez menos tiempo en alcanzarnos, de modo que la longitud de onda que nosotros percibimos es cada vez más pequeña. Por el contrario, cuando el cuerpo se aleja de nosotros las ondas tardan cada vez más en llegar, de modo que percibimos una longitud de onda cada vez mayor.

En la siguiente animación puedes ver el efecto del movimiento de una fuente sonora. Si tienes conectado el sonido de tu ordenador podrás apreciar también el cambio de tono.

El caso general se observa en la siguiente animación, en la que puedes mover la fuente de emisión (S) o el observador (O). Mientras la longitud de onda real sigue siendo la misma (gráfico superior), la percibida por el observador cambia a medida que se produce el movimiento (gráfico inferior).

Por último, la consecuencia del efecto Doppler sobre la luz emitida por una estrella puede apreciarse en esta última animación. La banda coloreada central representa el espectro electromagnético. Cada estrella emite cantidades diferentes de luz en cada longitud de onda, y las líneas negras distribuidas a lo largo del espectro son la "firma espectral" de esa estrella, las longitudes de onda a las que no emite luz. La barra deslizadora de la parte superior permite modificar la velocidad relativa de la estrella respecto a nosotros: hacia la izquierda, la estrella se aleja, mientras que hacia la derecha se acerca.

Moviendo el cursor se puede apreciar cómo cambia la firma espectral de la estrella; al alejarse, se desplaza hacia la izquierda, hacia el rojo, mientras que al acercarse se desplaza hacia la derecha.

Volviendo a la observación de Hubble, el desplazamiento hacia el rojo que había observado significa que las fuentes que estudiaba se estaban alejando de la Tierra. Sin embargo, Hubble fue más allá y revisó los espectros, separados en el tiempo, de otros astros, encontrando que todos ellos mostraban desplazamiento al rojo, más intenso cuanto más lejanos estaban. La interpretación que Hubble dio a estas observaciones fue que el Universo está en expansión, por lo que las distancias entre los astros que lo forman aumentan con el tiempo. Más aún, Hubble fue capaz de establecer una relación matemática entre la intensidad del desplazamiento hacia el rojo de un objeto y la velocidad con la que se aleja de nosotros, conocida como "Ley de Hubble".

Llevando el argumento hacia atrás en el tiempo, la deducción lógica de la observación de Hubble es que el Universo fue, en su origen, mucho más pequeño que ahora, y que toda la materia y la energía tuvo que estar concentrada en un volumen extraordinariamente pequeño, y aplicando la ley que Hubble había propuesto, Friedmann y Lemaître calcularon que dicho momento debió tener lugar hace unos 14.000 millones de años. Curiosamente, la expresión "Big Bang", que ahora usa todo el mundo para referirse a la expansión del Universo en ese primer instante, fue una burla de otro importante astrónomo que lo consideraba ridículo, Fred Hoyle.

El conocimiento actual del Universo

Una prueba adicional del big bang llegó de la mano de la llamada radiación de fondo de microondas. Si el Universo realmente se formó en una enorme explosión, una parte de la energía liberada en aquel acontecimiento debería haber llegado hasta nosotros. Los astrónomos calcularon anticipadamente, las características de esta radiación, que debería bañar todo el Universo. Efectivamente, se ha podido observar esa radiación, que se corresponde con la frecuencia de las microondas, y que proporciona una cierta energía, aunque muy baja, al espacio interestelar.

Radiación de fondo de microondas

El estudio teórico derivado de la naturaleza y características de las partículas subatómicas, y de los fenómenos cosmológicos, ha permitido también que nos hagamos una idea de lo que, probablemente, ha debido ocurrir desde los primeros instantes después del Big Bang hasta la actualidad.

Gracias al cálculo de la velocidad con la que se alejan los astros entre sí se sabe también que el Universo está atravesando una fase de expansión acelerada. Sin embargo, los datos conocidos no cuadran con ese proceso de expansión, lo que ha hecho necesario que los astrónomos propongan la existencia de una gran cantidad de materia oscura, que no ha podido ser observada hasta el momento, y de energía oscura, totalmente diferente a las formas de energía conocidas hasta el momento, ya que sería responsable de la repulsión entre masas, fenómeno que aún no se ha observado.

La identificación de la materia oscura y de la energía oscura son los dos retos fundamentales a los que se enfrenta la Cosmología actual.

La explicación del Universo: de Ptolomeo a Copérnico

2010-10-07T11:00:00.002+02:00

Cuando hablamos del Universo como concepto científico nos estamos refiriendo a la totalidad de lo que existe. Eso incluye a toda la materia y toda la energía que existe pero también, y eso es algo más difícil de comprender, todo el tiempo y todo el espacio. Lo que significa, en otras palabras, que no tiene sentido hablar de lo que pudo ocurrir "antes" del origen del Universo, o de lo que está "fuera" de él. Tales términos están, simplemente, fuera de cualquier marco de referencia que podamos considerar.

Representación artística de las constelaciones

Evidentemente, el Universo ha llamado la atención del hombre desde la antigüedad. Primero, como uno de los referentes míticos para explicar todo aquello que no comprendía: la búsqueda de patrones aparentes en la distribución de las estrellas llevó a observar "constelaciones", que se consideraron reflejo de las divinidades, hasta el punto de atribuírseles poder para influir en la vida de los hombres.

El nacimiento de la Vía Láctea, Rubens (Museo del Prado)

Asimismo, también se trató de dar una explicación mitológica del origen de lo que se podía observar en el Universo. Es bien conocido, por ejemplo, el mito griego acerca del origen de la Vía Láctea: Zeus, en una de sus múltiples aventuras extramatrimoniales, había sido padre de Heracles (Hércules). El niño era su favorito, y el dios intentó desde el principio que fuera inmortal, para lo que debía ser amamantado por Hera, su esposa. El niño fue puesto en el regazo de la diosa y empezó a alimentarse de ella, pero ésta se dio cuenta y lo apartó violentamente. El reguero de leche de Hera vertido dio origen a la Vía Láctea. Una explicación fantasiosa, pero quizá no mucho más que la que considera que la Vía Láctea marca un camino a seguir con algún propósito...

Más allá de la visión metafísica del Universo, que aún tiene valedores entre quienes piensan que las constelaciones zodiacales podrían influir de algún modo en su vida, la estructura del Universo llamó pronto la atención de los científicos, tanto preocupados por su afán de conocimiento como para utilizar el Universo con fines prácticos. Entre ellos es de destacar la utilidad que han tenido tradicionalmente los mapas astronómicos para la navegación. Contextualicemos la situación: los viajes por mar necesitan un sistema de referencia mucho más difícil de conseguir que los viajes por tierra. Mientras en estos últimos la ruta puede establecerse con la ayuda de los accidentes geográficos en el mar, si la navegación se hace lejos de la costa, tales referentes no existen. La observación de las estrellas desde distintos puntos de vista permitió comprobar que éstas podían utilizarse en sustitución de esos referentes, de modo que no es de extrañar que los navegantes y los astrónomos utilizaran los mismos instrumentos, unos para determinar su posición y los otros para fijar la posición de los astros.

Astrolabio, utilizado tanto en Astronomía como en navegación

De hecho, para que los mapas celestes fueran de utilidan en los viajes por mar, se hizo fundamental que los astrónomos obtuvieran datos precisos de la posición de los astros en diferentes momentos y desde diferentes lugares. La observación llevó a la explicación, y así se llegó a la formulación de los primeros modelos cosmológicos, como el de Ptolomeo.

El modelo ptolemaico del Universo

Claudio Ptolomeo

Claudio Ptolomeo vivió en el Egipto helenizado de unos dos siglos antes de nuestra era, y trabajó en una de sus instituciones científicas más importantes, el Observatorio. Su trabajo científico, como era característico en la época, abarcó varias áreas, como la Óptica o la Música, aunque su mayor influencia histórica vino de la mano de su actividad en Geografía (utilizó un sistema de longitud y latitud para determinar posiciones sobre un mapa) y, sobre todo, en Astronomía. (También resulta muy influyente en Astrología, puesto que fue el creador de los horóscopos). Su obra más importante es el Almagesto, elaborado a partir de un gran número de observaciones astronómicas con el propósito de establecer un modelo numérico que permitiera predecir la posición futura de los planetas.

Ptolomeo adopta el modelo del Universo que ya había sido descrito por Platón y Aristóteles, más filosófico que científico. Según dicho modelo, el Universo está constituido por la Tierra, inmóvil y situada en su centro, el Sol y la Luna y cinco "estrellas errantes" que giraban a su alrededor, y un cielo de "estrellas fijas", además de otros cuerpos que aparecían ocasionalmente (por ejemplo los cometas). Las estrellas errantes corresponden, evidentemente, a los planetas. De acuerdo con los ideales de perfección que debían ser reflejados por el Universo, los movimientos de todos estos cuerpos eran perfectamente circulares.

Sin embargo, esta exigencia filosófica de perfección chocaba con los datos procedentes de la observación, especialmente en lo relativo al movimiento de los planetas. En efecto, tal y como se refleja en la siguiente animación, los planetas parecían describir movimientos retrógrados (es decir, hacia adelante y hacia atrás) en su viaje en torno a la Tierra.

Para observar bien el modelo ptolemaico selecciona uno de los planetas en el cuadro superior derecho, y luego elige "start animation". Fíjate en la banda inferior ("Zodiacal strip") y podrás observar el movimiento aparente del planeta respecto a las constelaciones zodiacales a lo largo del año.

Ptolomeo resolvió el problema de conjugar la exigencia de perfección con los movimientos retrógrados proponiendo los epiciclos. Se trata de movimientos circulares que el planeta realizaría en torno a un punto, al mismo tiempo que se mueve alrededor de la Tierra. La composición de ambos movimientos, que puedes observar en la parte principal de la animación anterior, daría lugar al movimiento planetario realmente observado.

Los datos observacionales de Ptolomeo se ajustaban muy bien a su modelo, y los principios en los que se basaba también eran congruentes con el paradigma de la época; primero, con la exigencia platónica de perfección, y luego con la visión cristiana del mundo, que por una parte compartía la idea de que la perfección divina debía reflejarse en la perfección de la creación, por otra defendía la posición central del hombre en el Universo, como consecuencia de ser "el centro de la creación" y por otra seguía literalmente pasajes de la Biblia en los que se describía el movimiento del Sol, mientras la Tierra permanecía inmóvil.

Josué deteniendo el curso del Sol, cuadro de Esteban March (Museo de Bellas Artes, Valencia)

Este conjunto de factores, empezando por la validez de las predicciones y, por tanto, por la utilidad del modelo, explica que se mantuviera como único aceptado durante 1700 años, a pesar de propuestas bastante tempranas para sustituirlo por un modelo heliocéntrico.

El modelo copernicano

Copérnico

Nicolás Copérnico fue un científico polaco que vivió a caballo de los siglos XV y XVI. Su aportación más conocida es su obra "De revolutionibus orbium coelestium", en la que proponía sustituir el modelo cosmológico ptolemaico por uno diferente, en el que el Sol ocupara el centro del Sistema Solar, con la Tierra y los planetas girando a su alrededor en órbitas circulares y la Luna girando en torno a la Tierra.

A pesar de que el modelo ptolemaico se ajustaba bastante bien a las condiciones tanto de validez de los datos como de contexto científico, resultaba bastante claro que los epiciclos eran artificiosos. Copérnico proponía eliminarlos, para lo cual era necesario que los planetas, incluyendo la Tierra, giraran alrededor del Sol. Los puntos fundamentales del modelo propuesto por Copérnico eran los siguientes:

Los movimientos celestes son uniformes, eternos y circulares, o compuestos de varios círculos.
El centro del Universo se encuentra cerca del Sol
Alrededor del Sol giran, en orden de distancia, Mercurio, Venus, la Tierra y la Luna, Marte, Júpiter y Saturno.
Las estrellas son objetos lejanos que permanecen fijos.
La Tierra tiene tres movimientos: la rotación diaria, la revolución anual y la inclinación anual de su eje.
Los planetas no tienen movimiento retrógrado. Éste es aparente, y es explicado por el movimiento de la Tierra.
La distancia de la Tierra al Sol es pequeña, en comparación con la distancia a las estrellas.

El modo en que el cambio de referencia propuesto por Copérnico explica el movimiento retrógrado puede apreciarse observando la siguiente animación. De nuevo, el movimiento aparente de los planetas se observa en la banda inferior.

Copérnico no llegó a publicar su obra en vida, sino que fue uno de sus discípulos, Rheticus, quien lo hizo por él. Probablemente en su decisión influyó tanto el miedo a la reacción de la Iglesia como a la que pudieran tener los científicos de la época.

Harmonia Macrocosmica, Andreas Cellarius

De hecho, la reacción científica a las ideas de Copérnico fue bastante seria y profunda. El heliocentrismo ya había sido propuesto en la antigüedad clásica (Aristarco de Samos), y rechazado como resultado de un debate científico en el que se incluían pruebas mecánicas que, por aquel entonces, se interpretaban erróneamente. El mismo debate, más complejo aún, se repitió en el siglo XVI y se extendió hasta bien entrado el XVII. En él intervinieron científicos de gran valía en defensa de uno y otro modelo. Incluso se propusieron modelos que trataban de compatibilizar el ptolemaico y el copernicano, como el modelo de Tycho Brahe, que proponía que todos los cuerpos celestes excepto la Tierra giraban en torno al Sol, mientras que éste lo hacía en torno a la Tierra, que ocupaba el centro del Universo.

Modelo cosmológico de Tycho Brahe

El mayor problema de la polémica entre geocentrismo y heliocentrismo, sin embargo, se debió a la influencia de factores externos a los científicos. Entre esos factores el más destacable fue la intervención de la Iglesia, o mejor dicho de las diferentes Iglesias que, por entonces, se habían separado y enfrentado como consecuencia de la Reforma.

Víctima de esa confrontación entre ciencia y religión fue Giordano Bruno, que por su parte había mezclado ambos ámbitos en su actividad. Bruno no solo asumió las tesis heliocéntricas, sino que las aprovechó para expresar sus ideas, tremendamente revolucionarias por entonces, de que el Universo era infinito, y de que en él podían existir infinidad de mundos similares a la Tierra y, por lo tanto, otros hombres que los habitaran. Estas teorías eran, evidentemente, contrarias a la idea de la creación única del hombre por parte de Dios que refleja la Biblia, y como consecuencia de ellas fue condenado a la hoguera por la Inquisición en el año 1600.

Nueve años más tarde Galileo hizo el descubrimiento que, finalmente, llevaría al abandono definitivo del sistema ptolemaico: utilizó el telescopio, que hasta entonces se había empleado solo como catalejo, para estudiar los cuerpos celestes, observando la presencia de cráteres en la Luna y, sobre todo, de satélites que giraban en torno a Júpiter.
Galileo contribuyó también a rechazar las objeciones mecánicas al movimiento de la Tierra, posiblemente el mayor obstáculo científico para aceptar la teoría heliocéntrica. Una de las más importantes era el debate acerca de la caída libre.

En 1616 Galileo fue adverido por la Inquisición, y en 1633 se le prohibió divulgar sus ideas, que fueron consideradas heréticas, y enseñar y se le recluyó en prisión atenuada.

Aún pasó bastante tiempo hasta que el modelo heliocéntrico fuera aceptado por la mayoría de los científicos, gracias a la contribución de Kepler a dicha teoría. Kepler trabajó durante mucho tiempo con Tycho Brahe, aunque la relación entre ellos no fue demasiado cooperativa. En realidad, Kepler solo pudo acceder a los datos recopilados por Tycho, con mucha diferencia los mejores de aquella época, después de que él muriera. Con esos datos en la mano, descubrió que no era posible describir el movimiento de los planetas mediante círculos, de modo que trató de ajustarlo a otro tipo de curvas, basándose en su creencia, de origen religioso, de que el Universo debía manifestar la perfección divina, a través de las matemáticas. Finalmente descubrió que la curva que mejor se ajusta a esas trayectorias es la elipse, y acabó por proponer las leyes que llevan su nombre, y que describen la mecánica del Sistema Solar:

Los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol, estando éste situado en uno de los focos de la elipse.

Las áreas barridas por los radios de los planetas, son proporcionales al tiempo empleado por estos en recorrer el perímetro de dichas áreas.

El cuadrado de los períodos de la orbita de los planetas es proporcional al cubo de la distancia promedio al Sol.

El paso del modelo ptolemaico al copernicano suele ponerse a menudo como ejemplo de cambio de paradigma científico, y ha sido utilizado por muchos filósofos de la ciencia para apoyar sus teorías epistemológicas. Sin embargo, lo que de verdad parece demostrar es un proceso histórico de enfrentamiento de las ideas científicas tanto entre sí como con el contexto filosófico y cultural de la época, en el que jugaron papeles importantes tanto los argumentos científicos como otros muchos. Desde que Copérnico terminó su tratado, sin atreverse a publicarlo, en 1530, hasta que Kepler publicó sus leyes en 1619 pasaron muchos más años de los que parecen necesarios para demostrar una hipótesis científica. En el proceso, como ha ocurrido a menudo con otras grandes teorías del conocimiento humano, tomaron parte activa la sociedad y las ideas de la época.

Consecuencias de la complejidad: el caos y las catástrofes

2010-10-06T11:34:00.000+02:00

El estudio de los sistemas naturales ha conducido a los científicos a comprender que, en muchos casos, la complejidad que muestran tiene carácter irreductible. Esto significa que, por mucho que nos esforcemos en hacerlo, siempre seremos incapaces de elaborar un modelo que refleje fielmente la realidad; cualquier modelo, por completo que lo creamos, se dejará siempre aspectos que no se pueden simplificar.

El primer ejemplo de esa característica lo encontró Lorentz cuando trataba de simular fenómenos atmosféricos en un ordenador. La predicción meteorológica que pretendía realizar le obligaba a realizar procesos iterativos, es decir, a introducir como datos de entrada los que había obtenido como resultados en una serie anterior de cálculos similares. El ordenador con el que trabajaba en aquella época tenía la limitación de no permitir la introducción más que de números con seis decimales. Lo que Lorentz descubrió, para su horror, es que datos muy parecidos entre sí producían, al cabo de unas cuantas iteraciones, resultados totalmente diferentes.

Esta primera observación fue el origen de lo que en la actualidad se conoce como Teoría del Caos, y de su expresión más popular, el "efecto mariposa". Esta expresión procede de un ejemplo, exagerado a propósito, de lo que dice dicha teoría: "el batir de las alas de una mariposa en Brasil puede producir un ciclón en China". En realidad, lo que afirma la Teoría del Caos es que, en ciertos sistemas, modificaciones aparentemente poco significativas de las condiciones iniciales pueden provocar resultados completamente diferente.

La Teoría del Caos distingue entre dos tipos de sistemas según su comportamiento: los sistemas determinísticos y los no determinísticos. Los primeros se caracterizan porque, partiendo de un cierto estado inicial, es posible predecir cómo evolucionará el sistema, y por lo tanto conocer cuál será su estado final. En los sistemas no determinísticos, por el contrario, el estado final del sistema no está fijado por las condiciones iniciales.

Un ejemplo bien conocido y muy significativo es el del "sombrero mejicano". Imaginemos que nuestro sistema es un sombrero mejicano y una pelota. Si ponemos el sombrero boca abajo y dejamos la pelota en el margen de su copa, estamos en condiciones de predecir lo que ocurrirá: la pelota caerá hasta el pico del sombrero; es un sistema determinístico. En cambio, si ponemos el sombrero en su posición natural y dejamos la pelota en su extremo superior seremos incapaces de saber en qué punto acabará. Es un sistema no determinístico.

Algunos sistemas determinísticos presentan ciertos estados particulares, llamados atractores. La característica peculiar de estos estados es que los sistemas tienden a alcanzarlos independientemente de sus condiciones iniciales. El sombrero nos ofrece, de nuevo, un ejemplo de lo que se dice: la situación de la pelota en el fondo de la copa del sombrero es el atractor del sistema. En este caso se trata de un atractor "estacionario", ya que la evolución del sistema cesa cuando se alcanza ese estado. Existen también otros tipos de atractores: los periódicos son aquellos entre los cuales el sistema oscila continuamente, mientras que un atractor extraño se caracteriza porque el sistema tiende a él, pero sin llegar a alcanzarlo nunca.

Otra teoría íntimamente relacionada con el comportamiento complejo de los sistemas reales es la teoría de las catástrofes. Esta teoría describe el comportamiento no lineal de algunos sistemas, que se manifiesta en tres aspectos diferentes:

Discontinuidad: en un sistema dado pueden producirse cambios repentinos de comportamiento o de los resultados.
Divergencia: Modificaciones pequeñas de la causa pueden, en ocasiones, producir grandes diferencias en los efectos.
Histéresis: el estado actual de un sistema depende de su historia pasada, pero si se invierten los comportamientos que se han producido a lo largo del tiempo no se vuelven a obtener las condiciones iniciales.

Las grandes teorías científicas

2010-10-05T13:13:00.000+02:00

La ciencia, a lo largo de la historia, ha sido capaz de llevar a cabo un trabajo acumulativo, aunque no lineal, que nos permite entender la realidad que nos rodea. El resultado de este proceso no es un conocimiento definitivo: es propio de la misma naturaleza de la ciencia el hecho de ser falible, y modificable por nuevos conocimientos que se ajusten mejor a los datos que podemos obtener. Sin embargo, a pesar de su provisionalidad, se puede decir que hoy por hoy poseemos un conocimiento bastante aproximado de lo que nos rodea, desde la escala subatómica hasta la estructura y evolución del Universo en su conjunto.

Niveles de organización de la realidad	Teorías explicativas
Nivel subatómico	Modelo estándar, Teoría de cuerdas
Nivel nuclear	Mecánica cuántica
Nivel atómico	Teoría atómica
Nivel molecular	Teorías de enlace químico, Teoría cinético-molecular
Seres vivos: nivel molecular	Biología Molecular
Nivel celular	Teoría celular, Teoría genética
Nivel de organismos	Teoría de la Evolución
Nivel de ecosistemas	Teoría Ecológica
Nivel de sistemas terrestres	Tectónica global
Nivel cosmológico	Big Bang, Relatividad

Todas estas teorías deberían ser congruentes entre sí, y lo son en buena medida, aunque no plenamente (la mecánica cuántica y la relatividad son, en ciertos aspectos, incompatibles, y se está buscando el modo de hacerlas coherentes; el modelo estándar de partículas y la teoría de cuerdas tratan de explicar, fundamentalmente, los mismos aspectos de la realidad, pero lo hacen de modos diferentes). Queda, evidentemente, mucho trabajo por hacer hasta que la ciencia proporcione una única imagen de la realidad, lo bastante ajustada como para que nos podamos dar por satisfechos. A pesar de todo, el grado de congruencia interna de la ciencia actual es bastante elevado, y todas estas teorías cabrían dentro de un paradigma común.

El término paradigma, acuñado inicialmente por Thomas Khun, puede utilizarse para referirse a un conjunto de teorías científicas relacionadas entre sí, y mutuamente consistentes, que explican múltiples aspectos de la realidad apoyándose en una metodología de estudio e investigación común.

Posiblemente podría decirse que si actualmente hay un paradigma aceptado con carácter más o menos general es el paradigma sistémico, que se apoya en la Teoría General de Sistemas. De acuerdo con este punto de vista, la realidad es irreductiblemente compleja, y no es posible comprenderla estudiándola solo con un enfoque analítico y reduccionista. Todo esto viene a significar que cuando tratamos de comprender algún aspecto de la realidad dividiéndolo en sus partes y estudiando cada una de ellas hay alguna parte que se nos escapa.

Otro de los aspectos fundamentales de la Teoría General de Sistemas es que hace énfasis no solo en el estudio de las partes de un todo, sino que le parecen igualmente importantes las relaciones que se establecen entre ellas. Estas relaciones, imprescindibles para el funcionamiento de los sistemas, constituyen su estructura, y son la base que permite que algunos sistemas realicen ciertas funciones.

Un último elemento del paradigma, que justifica que lo consideremos como tal, es que, de acuerdo con este enfoque, muchos de los elementos que constituyen la realidad que nos rodea son sistemas, y pueden ser estudiados y comprendidos aplicando la metodología que sustenta la propia Teoría General de Sistemas.

Llegando hasta aquí, es el momento de definir lo que es un sistema. Se puede decir que un sistema es un objeto o entidad compleja, formada por varios elementos relacionados entre sí. Al estudiar los sistemas es necesario prestar atención a varios aspectos:

Su composición, es decir, al conjunto de elementos que forman el sistema.
Su estructura, el conjunto de relaciones que se establecen entre dichos elementos.
El entorno, los elementos exteriores al sistema pero que influyen sobre él.
Los límites, elementos del sistema a través de los cuales entra en contacto con su entorno.

Las relaciones que los sistemas establecen con su entorno permiten distinguir entre tres tipos: los sistemas aislados no intercambian ni materia ni energía con el exterior, los sistemas cerrados intercambian energía, pero no materia, y los sistemas abiertos intercambian con su entorno materia y energía. Los seres vivos somos un ejemplo claro de sistema abierto, mientras que nuestro planeta en su conjunto puede considerarse, en la práctica, como un sistema cerrado. Es más difícil encontrar un ejemplo real de sistema aislado, porque cualquier entidad está relacionada con lo que la rodea, a excepción, por la propia forma en que lo definimos, del Universo en su conjunto.

El modo en que la teoría general de sistemas propone en que se estudien este tipo de entidades trata de evitar dos enfoques parciales que se habían utilizado en el pasado. Por una parte, el enfoque reduccionista, que trataba de conocer las propiedades de una entidad analizando sus partes, y por otra el enfoque holista, que buscaba comprender el conjunto de la entidad, pero olvidando su composición. Frente a tales enfoques, los dos limitados, la TGS propone un enfoque que denomina sistémico, que se preocupa tanto por analizar los sistemas como por comprender los aspectos globales de su funcionamiento.

Sin embargo, asumiendo que los sistemas son entidades extremadamente complejas, la Teoría General de Sistemas hace especial hincapié en el uso de modelos como herramientas para su estudio. Un modelo es una representación simplificada de la realidad que, a pesar de eliminar algunos aspectos de la misma, es aún capaz de ofrecernos información útil sobre ella. Tanto en la ciencia como en la vida cotidiana utilizamos frecuentemente modelos de diferentes tipos: icónicos (representan la realidad mediante una imagen), analógicos (establecen comparaciones con otros objetos más conocidos), conceptuales (traducen el sistema a un conjunto de ideas relacionadas) o matemáticos (reproducen las características del sistema utilizando expresiones matemáticas y datos numéricos). Por otra parte, es posible estudiar los sistemas desde dos puntos de vista complementarios: un enfoque de caja negra, en el que se trata de comprender el sistema "desde fuera", observando lo que recibe del exterior (entradas) y lo que produce hacia el exterior (salidas) y otro de caja blanca, en el que se "penetra" en el interior del sistema, para estudiar su composición, su estructura, su dinámica y sus funciones.

El estudio estructural de los sistemas y de la evolución en el tiempo de las relaciones entre sus elementos tiene una importancia particular en la Teoría General de Sistemas, hasta el punto de que se ha desarrollado una disciplina científica, la Dinámica de Sistemas, que se ocupa específicamente de estos temas. La TGS extiende los tipos de relaciones que se dan entre los elementos de un sistema. Mientras en los enfoques científicos tradicionales se prestaba interés, especialmente, a las relaciones causa-efecto entre dos elementos, el enfoque sistémico abre el abanico de estudio para fijarse también en las relaciones múltiples (encadenadas, una causa con múltiples efectos, un efecto con múltiples causas...) y recíprocas.

Precisamente el estudio de las interacciones recíprocas entre elementos constituye una de las grandes contribuciones de la Dinámica de Sistemas. Este tipo de relaciones, que ya se conocían en diferentes ámbitos (la Ecología, la Fisiología o la Informática, por ejemplo) suponen que, entre dos fenómenos relacionados entre sí (como el número de predadores y de presas en un ecosistema, por ejemplo) no se pueda hablar propiamente de causa y efecto, porque ambos actúan a la vez como una cosa y como la otra. En vez de esto, se dice que ambos elementos constituyen un ciclo de retroalimentación, en el que se influyen mutuamente provocando comportamientos bien definidos del conjunto de elementos que intervienen en el ciclo. Existen dos tipos de ciclos de retroalimentación:

Los ciclos de retroalimentación negativa se caracterizan porque las relaciones entre los dos elementos que los forman se contraponen: mientras que una de ellas es una relación directa, la otra es inversa. Esto provoca que las variaciones de un elemento del ciclo compensen las del otro, de modo que el conjunto del ciclo tiende a mantenerse estable dentro de unos límites. Este tipo de ciclos constituye la base de los sistemas de control cibernéticos, tales como los termostatos, pero también de los sistemas que tienden a mantener el equilibrio químico, las condiciones internas de un organismo o el equilibrio ecológico en un ecosistema.

Los ciclos de retroalimentación positiva se establecen cuando la relación entre los elementos del ciclo es del mismo signo, ya sea en ambos casos de proporcionalidad directa o inversa. Al contrario que los ciclos negativos, el efecto de este tipo de bucles es siempre desestabilizador: si las dos relaciones son positivas, ambos elementos del ciclo tienden a crecer desmesuradamente (crecimiento explosivo), con lo que tarde o temprano acabarán agotando los recursos del sistema, mientras que si las dos relaciones son negativas ambos elementos tienden a disminuir. Lamentablemente, la acción humana sobre su entorno ha provocado, en muchas ocasiones, la destrucción de ciclos de retroalimentación negativa y la aparición de otros de carácter positivo.

Cada sistema posee una función, que podría definirse como el conjunto de cambios internos que sufre el sistema como consecuencia de sus acciones. Entre tales funciones pueden señalarse, a modo de ejemplos, la acumulación de materia o energía, la transformación de unos tipos de materia o energía en otros o la realización de un trabajo, como el mantenimiento de su propia organización.

Algunos sistemas tienden a desaparecer al cabo de cierto tiempo, mientras que otros se caracterizan por su capacidad de automantenerse y evolucionar. Estos sistemas tienen bastantes características en común:

Tienen reglas de funcionamiento complicadas
Poseen un elevado número de componentes que, además, están muy relacionados entre sí (alta conectividad, estructura muy compleja)
Presentan una inercia muy elevada, debido a su gran tamaño o porque tienen mecanismos que se oponen al cambio (homeostáticos)
Poseen mecanismos capaces de acumular grandes cantidades de energía, y otros que pueden liberarla en tiempos muy cortos.

Los cambios sufridos por este tipo de sistemas les permiten adaptarse a su entorno, haciendo que el sistema evolucione aun manteniendo algunas características reconocibles. Los sistemas que evolucionan suelen mostrar ciertas tendencias comunes, entre las que destacan el aumento de su complejidad, que se manifiesta en un incremento de su número de elementos, que se hacen también más diversos, y que incrementan el número de relaciones entre ellos, estableciendo, en particular, nuevos y numerosos ciclos de retroalimentación negativa.

¿Qué es esa cosa llamada ciencia?

2010-09-21T13:08:00.078+02:00

Parece que un blog con el título que tiene este tendría que haber empezado por aquí, pero las cosas salen como salen, y nunca es demasiado tarde para tratar de enmendar errores. El caso es que se trata de una pregunta importante, y se merece una respuesta.

Cualquier enciclopedia que se precie dará una definición de ciencia. Y cualquier libro de texto, o muchos tratados filosóficos que se pregunten acerca de la naturaleza del conocimiento... Como yo no estoy capacitado para inventarme una definición diferente, voy a pedir prestada una, aunque no procede de ninguno de esos textos, sino de un autor de literatura fantástica: Terry Pratchett.

"CIENCIA:

Una manera de descubrir cosas y hacerlas funcionar.

La Ciencia explica lo que sucede a nuestro alrededor en todo momento.

Lo mismo hace la RELIGIÓN, pero la Ciencia es mejor porque, cuando se equivoca, ofrece excusas más comprensibles.

Hay mucha más ciencia de lo que uno se imagina.

De Una enciclopedia científica para el joven gnomo curioso, por Angalo de Mercería"

("El éxodo de los gnomos", Terry Pratchett)

Bien, aunque parezca una broma es una definición como otra cualquiera, con la ventaja de que todo el mundo puede entenderla a la primera: se trata de conocer el mundo que nos rodea, y de dar explicaciones de cómo suceden las cosas. Y como los hombres nunca somos infalibles, de explicar de forma humilde y acertada en qué y cómo nos hemos equivocado en nuestras interpretaciones. Por último, es cierto que hay mucha más ciencia a nuestro alrededor de lo que nos gustaría suponer.

Vamos a tratar de profundizar un poco más, sin despegarnos de nuestra primera idea de lo que es la ciencia y teniendo en cuenta que, como todos los conceptos construidos a lo largo del tiempo, la idea de la ciencia ha ido cambiando de unas épocas a otras. Empezaremos por el principio: los hechos que observamos (o creemos observar).

Aunque algunas escuelas filosóficas dudan de la existencia de una realidad objetiva ajena a nosotros mismos, la mayoría de nosotros opina que dicha realidad existe, y que podemos hacernos una idea de ella a través de los órganos de los sentidos. Sigue habiendo mucho debate filosófico en torno a si nuestros sentidos nos engañan, o si nos permiten aprehender la realidad en su esencia... Quedémonos un poco más cerca, en el hecho de que nos proporcionan, al menos, una noción congruente de lo que nos rodea.

Utilizo el término congruente, a falta de otro más apropiado, para indicar que la información que recogemos de la realidad nos permite ajustar de un modo apropiado la respuesta que producimos. Dicho de otra forma, aquello que percibimos como sólido e impenetrable, por ejemplo, suele comportarse (salvo excepciones) como sólido e impenetrable. Así pues, podemos decir que, a través de nuestros sentidos, obtenemos una información acerca de la realidad lo suficientemente válida como para servirnos de ella de un modo adecuado. Este conocimiento es evidente, en el sentido de que podemos percibir su verdad o falsedad directamente.

Sin embargo, un primer problema para nuestro conocimiento del mundo que nos rodea es que no toda la realidad es accesible. En ocasiones algunos de sus aspectos están ocultos (por ejemplo el interior de la Tierra), en otras ocasiones resulta demasiado pequeña (la estructura atómica) o demasiado grande (el Universo en su conjunto), o está demasiado lejana (las estrellas) para poder ser captada correctamente por nuestros sentidos.

Más allá de la información

Si deseamos obtener un conocimiento no evidente de la realidad deberemos interpretarla. La interpretación nos proporciona una explicación del mundo, es decir, nos permite establecer relaciones entre lo que conocemos y lo que no conocemos, basada en nuestra propia experiencia de acuerdo con lo que podríamos llamar el "sentido común". George Kelly, un psicólogo americano, ha desarrollado una teoría de la interpretación personal según la cual las personas organizamos la información de la que disponemos para poder predecir acontecimientos futuros. Nuestros conocimientos, después, se contrastan con la experiencia.

Según este modelo, utilizamos las explicaciones a medida que las necesitamos, de modo que no pretendemos, en general, un conocimiento profundo de los fenómenos que no nos afectan directamente, ni de las causas que provoquen los fenómenos, a no ser que nuestras interpretaciones no se vean ratificadas por la realidad.

La interpretación personal nos ofrece un conocimiento limitado de la realidad por varios motivos: en primer lugar, los modelos de la realidad pueden ser distintos para cada persona, en función de su experiencia personal; por otra parte, nada nos garantiza que el conocimiento que desarrollamos de este modo sea válido, es decir, se ajuste fielmente a la realidad; por último, la interpretación personal se limita al ámbito de nuestra propia experiencia (en sentido amplio), lo que llevaría a la necesidad de experimentar (no necesariamente de forma directa) todo aquello que otros han conocido ya para adquirir conocimiento acerca de esos aspectos de la realidad.

Ante esa limitación de nuestra capacidad de descubrimiento se hace necesario buscar una alternativa: encontrar el modo de que el conocimiento adquirido por una persona pueda ser considerado válido por los demás, sin necesidad de que cada uno repeta el proceso que llevó al primero a desarrollar ese conocimiento. Se trata, por lo tanto, de encontrar las características que hacen que un cierto conocimiento de la realidad sea válido.

La primera respuesta que se dio a este problema, y la más sencilla, es el argumento de autoridad, que consiste en considerar que ciertas personas, por alguna razón personal o de estatus, poseen un conocimiento cierto de la realidad. De hecho, ese es el sistema tradicional por el que se sigue transmitiendo el conocimiento en las instituciones académicas: el profesor, por el hecho de serlo, tiene el conocimiento válido de su materia, y los alumnos lo adquieren confiando en su validez a priori.

Sin embargo, un sano escepticismo nos debería hacer críticos frente a ese argumento: ¿quién nos libra de la voluntad del engaño por parte de la autoridad? O, incluso siendo más benévolos ¿Cómo podemos garantizar que quien ostenta esa autoridad no está, simplemente, equivocado? Es sobradamente conocido que los principios de la ciencia establecidos durante la antigüedad en Grecia se mantuvieron inmutables hasta el Renacimiento. Por ejemplo, Ptolomeo había establecido un modelo cosmológico en el que la Tierra ocupaba el centro del Universo. Sus observaciones, apoyadas por la autoridad de los libros sagrados con los que parecía coincidir, y refinadas por modificaciones ad hoc (es decir, hechas expresamente para ajustar la teoría, sin modificarla, a nuevos problemas), mantuvieron ese sistema cosmológico hasta ciento cuarenta años después de que Copérnico propusiera el suyo, que se ajusta mucho mejor, y de modo más sencillo, a lo que hoy en día conocemos de la mecánica celeste.

La Lógica como respuesta

Si no confiamos en la autoridad, habrá que establecer un método. Es decir, desechado el principio de que ciertas personas poseen la verdad, es necesario centrarse en las características del propio conocimiento, y del modo en que se elabora, para poder establecer criterios que permitan evaluar su validez. Así llegamos a considerar que es necesario que el descubrimiento siga un método, al que hemos llamado método científico.

Aunque en realidad no debería hablarse de un método científico general, sí que podemos considerar que existe un conjunto de reglas que podemos aplicar a la hora de obtener nuevos conocimientos y que nos garantizan que ese conocimiento será válido. Para ello, es imprescindible que tales reglas se ajusten a los principios básicos de la Lógica, cuya validez, por otra parte, está en la base de todo nuestro pensamiento.

La Lógica es el estudio de las relaciones correctas entre conceptos, juicios y razonamientos. Se interesa por la estructura o la forma del pensamiento, y no por su contenido. En una de sus ramas, la Epistemología o Metodología de la Ciencia, se encarga de estudiar las normas del pensamiento científico.

La Lógica es confiable por varios motivos:

Aplica principios universales evidentes.
Utiliza operaciones matemáticas para aplicarlas a las estructuras del pensamiento.
Informa de si las operaciones que hacemos sobre el pensamiento mantienen el valor de verdad o falsedad de los enunciados.

De este modo, aplicando las reglas de la Lógica a una cadena de pensamientos, tendremos la seguridad de conocer si el resultado final es verdadero o es falso, al igual que, siguiendo una serie de operaciones matemáticas correctas, podemos calcular el resultado final con plena certeza. La analogía es válida en otro sentido: las matemáticas nos proporcionan las reglas, pero su aplicación puede estar sujeta a error. Lo mismo ocurre con la lógica.

La herramienta básica de la lógica es el razonamiento. Se trata de un proceso de pensamiento que, partiendo de proposiciones conocidas, permite llegar a una proposición nueva, desconocida. Una proposición, en este ámbito, es un enunciado simple que contiene una afirmación y que puede ser verdadero o falso, pero no ambiguo ni contradictorio ni paradójico. En el razonamiento, operación mental que practicamos a diario, partimos de dos enunciados conocidos de este tipo, a los que en lógica se les da el nombre de premisas, y acabamos llegando a un tercer enunciado, que recibe el nombre de conclusión. Nuestro lenguaje posee muchos términos que indican que estamos llevando a cabo un razonamiento, y que nos permiten identificar las premisas y las conclusiones; por ejemplo, expresiones como "puesto que...", "dado que...", "si se cumple...", etc., nos marcan que estamos ante el planteamiento de una premisa, mientras que otras como "por lo tanto...", "en consecuencia...", "por consiguiente..." identifican la conclusión.

Un razonamiento es válido cuando la conclusión se deriva necesariamente de las premisas. Para comprobarlo, la Lógica ha desarrollado herramientas llamadas tablas de verdad con las que, conociendo los valores de verdad de las premisas y la conclusión, se puede conocer la validez del razonamiento:

Si las premisas son verdaderas y la conclusión es falsa, el razonamiento es inválido.
Si las premisas son verdaderas y la conclusión también, el razonamiento es válido.

Las proposiciones que forman las premisas de un razonamiento pueden ser de cuatro tipos: universales positivas, universales negativas, particulares positivas y particulares negativas. De acuerdo con las normas de la Lógica, en un razonamiento válido las conclusiones son siempre menos generales que las premisas; este tipo de razonamiento, el único considerado válido, se denomina razonamiento deductivo o deducción. La deducción nos permite, conociendo verdades universales, predecir fenómenos que sean conclusión necesaria de tales verdades.

Esto conduce a un nuevo problema en nuestro afán de conocer la realidad que nos rodea: nuestras observaciones del mundo son, necesariamente, particulares; no podemos, siquiera, observar todos los perros que existen para poder decir "Todos los perros tienen cuatro patas". A pesar de ello, nuestra pretensión es conocer verdades universales, lo que en lógica se denomina razonamiento inductivo o inducción. Ahora bien, mientras la inducción sí es posible y válida, con ciertas condiciones lógicas, en matemáticas, no es un modo de razonamiento válido con carácter general. ¿Nos lleva esto a un nuevo callejón sin salida?

La ciencia ha tratado de solventar este problema de diferentes modos; por ejemplo, la lógica y las matemáticas han desarrollado un cuerpo de conocimientos basados en la deducción y en ciertos principios inductivos. Las ciencias experimentales, por su parte, han desarrollado un método válido basado en la combinación de inducción y deducción, llamado método hipotético-deductivo.

El método de las ciencias experimentales

Las ciencias experimentales o empíricas estudian los fenómenos observables en la naturaleza. La observación, primer elemento de este tipo de ciencias, consiste en el estudio de las características del fenómeno y del modo en que dichas características varían en diferentes condiciones. La observación puede ser directa, cuando se realiza según el fenómeno se produce en la naturaleza, o experimental, es decir, provocada en condiciones controladas.

El experimento es el eje central de las ciencias experimentales porque permite establecer relaciones causales. La relación causa-efecto nos permite explicar lo que ocurre a nuestro alrededor, porque establece una relación de necesidad entre un fenómeno (causa) y otro (efecto), de modo que el segundo no puede darse si no se da el primero. Conocer las relaciones entre causas y efectos nos permite, por tanto, predecir los efectos, que es, desde el principio, uno de nuestros objetivos fundamentales. Para que un fenómeno A sea causa de B tienen que darse las siguientes condiciones:

Que A ocurra antes que B
Las variaciones de A van acompañadas de variaciones de B
Que siempre que ocurra B haya ocurrido antes A (causa necesaria)
Que siempre que ocurra A ocurra también B (causa suficiente)
Que A y B se produzcan cerca en el espacio y en el tiempo.

En la naturaleza, los fenómenos no se producen aislados, sino que generalmente ocurren varios a la vez o en muy poco tiempo, lo que dificulta la identificación de las relaciones causales. Los científicos tratan de resolver esto mediante el diseño y la realización de experimentos. Básicamente, un experimento es una repetición controlada de un fenómeno natural. En el diseño del experimento es necesario identificar todos aquellos fenómenos que ocurren y que podrían llegar a tener influencia sobre el efecto. La forma más sencilla de conseguirlo es o bien eliminar la influencia de los fenómenos indeseables, o bien mantener constantes todos los fenómenos que se consideran "extraños" (que no son la causa), apoyándose en la segunda de las condiciones anteriores (la "ley de las variaciones concomitantes").

Las ciencias experimentales utilizan el método hipotético deductivo, que consiste en que, dado un problema de investigación, en generar una hipótesis, es decir, una explicación "plausible" del fenómeno que se está estudiando. No sabemos nada, en principio, acerca de la validez de la hipótesis, y no es posible garantizarla mediante inducción, aunque la inducción pueda ser un buen camino para llegar a ella. Es decir, observar cientos de perros con cuatro patas no garantiza que todos los perros vayan a tener cuatro patas, pero parece probable que sea así. La verosimilitud, a la luz de lo que ya sabemos, es una buena base de trabajo para proponer una buena hipótesis.

El punto más delicado del proceso científico es, sin lugar a dudas, la comprobación de la hipótesis., ya que en este paso vamos a poder garantizar que el conocimiento que acabamos de generar es válido. Para conseguirlo, la ciencia recurre a una especie de "treta" basada en la deducción: ya que no podemos demostrar que la hipótesis es correcta, porque la inducción no es un método correcto de descubrimiento, al menos podremos demostrar que la hipótesis contraria a la nuestra es falsa...

Así pues, una vez formulada nuestra hipótesis se formula también una hipótesis alternativa, que debe ser complementaria de la nuestra. Esto significa que no debe haber otras hipótesis posibles, que no sean ni la una ni la otra, capaces de explicar el fenómeno que estudiamos. Lo que queda ahora es demostrar que la hipótesis alternativa es falsa, para lo cual basta con encontrar un caso en el que no se cumpla.

Desde el punto de vista de la lógica, tenemos dos proposiciones (hipótesis), a y no a, tales que son complementarias, es decir, no hay ninguna otra alternativa posible a ellas. No podemos demostrar que a es verdadera, pero sí que no a es falsa. Decir que no a es falsa, equivale a decir que a es verdadera.

Este método de "demostración por falsación" es plenamente deductivo, y por lo tanto válido desde el punto de vista de la lógica. Tiene, no obstante, el problema de que es imprescindible conseguir la complementariedad plena entre la hipótesis de trabajo y la hipótesis alternativa, lo que no se logra en todos los casos.

La falsación tiene más importancia aún en la epistemología de la ciencia. Karl Popper, un filósofo austriaco que se dedicó a este ámbito, propuso utilizar el criterio de falsabilidad también como criterio de demarcación entre el conocimiento científico y el no científico. Es decir, para Popper, una proposición puede entenderse como científica si es posible encontrar una proposición alternativa cuya falsedad pueda demostrarse.

Así que algunas cosas no son ciencia...

La pretensión de la ciencia de conseguir un conocimiento válido, y el éxito que ha tenido históricamente a la hora de explicar y predecir fenómenos, le ha concedido un "estatus" social que ha llevado, por otra parte, a ciertos grupos a querer amparar bajo el concepto de ciencia conocimientos, teorías o propuestas que no se corresponden con lo que debe ser considerado ciencia.

Por otra parte, el creciente valor que la sociedad ha concedido al conocimiento científico, derivado de su propia validez, ha conducido, en ocasiones, a un cierto enfrentamiento entre la ciencia y las creencias, en particular las de tipo religioso. Curiosamente, en este enfrentamiento, prolongado a lo largo de la historia, se podrían distinguir dos fases: en la primera, las religiones trataban de defender su descripción del mundo físico, heredera de su primitiva explicación mitológica del mundo. Esta primera fase de enfrentamiento ha sido, en general, superada, porque la mayoría de las religiones han terminado por reconocer que esas explicaciones, contenidas en sus libros sagrados, como metáforas para explicar el mundo de un modo sencillo. La descripción del mundo físico ha quedado, pues, para la ciencia.

La segunda fase de la confrontación se ha generado, más recientemente, por una falsa polémica: la posibilidad de que la ciencia niegue la existencia de Dios. La polémica es falsa porque la ciencia, como tal, no tiene nada que decir acerca de la existencia de Dios; se trata de una proposición que no admite falsación, ya que no existe ninguna consecuencia necesaria que pueda ser admitida, por los creyentes, como prueba de la existencia divina.

Al margen de las religiones, cuyo ámbito de actuación es diferente al del conocimiento científico, existe todo un conjunto de conocimientos que reclama para sí el carácter de científico, pero sin someterse a los controles de validez que sí pasan los descubrimientos científicos. Muchos de estos "saberes" no son falsables. En otros casos, aunque la falsabilidad es posible (por ejemplo, en el caso de la astrología es fácil comprobar si sus predicciones son correctas o no), la falsación no tiene ningún efecto sobre los métodos ni los contenidos de la supuesta ciencia.

En el blog "Science, Reason and Critical Thinking" han sistematizado este conjunto de modos de pensar y lo han representado en forma de tabla periódica.

La evolución del pensamiento científico

A pesar de que la ciencia deba considerarse un modo válido de conocimiento, las teorías científicas aceptadas por la comunidad científica han ido cambiando a lo largo del tiempo. Evidentemente, esto indica que las teorías abandonadas estaban equivocadas, y por tanto no eran conocimiento válido...

En realidad, la situación no es tan simple. La afirmación de que las teorías desechadas estaban equivocadas es cierta desde un punto de vista histórico, es decir, viéndolo en retrospectiva. El conocimiento que la ciencia proporciona explica en un momento dado los hechos que son conocidos en ese momento, y a la luz del marco teórico aceptado también en ese momento. Con una visión pragmática, los conocimientos científicos de una época son válidos en tanto que permiten, en esa época determinada, dar una explicación coherente a los fragmentos de realidad que en ese momento se perciben y conocen.

¿En qué lugar deja eso a la búsqueda de la verdad objetiva por parte de la ciencia? En realidad no lo sabemos, porque no tenemos una visión externa a la ciencia de cuál es esa verdad objetiva. ¿Significa eso que la ciencia está equivocada? No necesariamente. Utilicemos una metáfora para explicarlo: supongamos que podemos comparar la realidad con el número pi. Sabemos que pi tiene un número infinito de decimales, por lo que nunca llegaremos a conocer su valor exacto. Sin embargo, sí que podemos acercarnos a ese valor real, y además ir acercándonos progresivamente a él. Decir que pi tiene un valor entre 3 y 4 no es incorrecto; puede ser insuficiente para algunas aproximaciones, pero seguramente será suficiente para otras. Si acotamos pi entre 3,1 y 3,2 negamos una serie de valores que antes podíamos considerar válidos, a la vez que nos acercamos más a conocer el auténtico valor de pi. Algo parecido ocurre con el conocimiento científico: los nuevos descubrimientos pueden negar validez a otros que antes se consideraban correctos, acercándose a la vez un poco más al conocimiento de la realidad.

Otra cita para acabar, esta vez relacionada con el interés de la ciencia para todo el mundo. Decía Isaac Asimov, químico, divulgador científico y escritor de ciencia ficción:

Un público que no comprenda cómo funciona la ciencia puede ser fácilmente presa de todos esos ignorantes [...] que se burlan de lo que no comprenden, o de los propagadores de slogans que afirman que los científicos son los guerreros mercenarios de hoy en día, y meros instrumentos en manos de los militares [...]. La diferencia [...] entre [...] comprendender y no comprender [...] es también la diferencia entre el respeto y la admiración por un lado y el odio y el miedo por otro.

La validez de la información en internet

2009-08-07T11:14:00.011+02:00

Internet pone a nuestra disposición una cantidad ingente de información. Basta observar el número de páginas que nos proporciona google como resultado de cualquier búsqueda para sentirnos bastante abrumados.

Entre tanta información, además de perderse, es fácil no encontrar la que buscamos. O, peor aún, no saber si la información que hemos encontrado es válida, es decir, si se ajusta al conocimiento aceptado sobre el tema que estamos tratando. En este caso, nos encontramos con que contar con tal cantidad de información no es una ventaja, sino un problema. ¿Qué hacer, en ese caso?

El problema no es demasiado diferente al que se encuentra un investigador que trata de reconstruir la historia de un lugar o de una cultura partiendo de sus tradiciones: entre lo que puede recopilar encontrará tanto hechos que pueden ser ciertos enmarañados con fabulaciones o hechos imaginados, que han pasado a formar parte de las tradiciones. ¿Cómo se resuelve el problema?

Se trata de una cuestión importante, a la que se presta atención en el proceso de investigación: la validación de las fuentes que se utilizan para obtener información. Los investigadores lo resuelven de dos modos distintos: analizando la validez intrínseca de la fuente de información y triangulando las fuentes que utilizan. Julián Ochoa recoge en la siguiente presentación los aspectos que deben ser tenidos en cuenta para analizar si una determinada fuente de información en internet es o no válida.
Validacion

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Básicamente se trata de averiguar las características más importantes de la fuente de información:

¿quién?: autoría del texto
¿qué?: contenido
¿dónde?: área geográfica
¿cuándo?: actualidad
¿cómo?: exposición de los datos
¿por qué?: finalidad del web

Las Tecnologías de la Información y la Comunicación como herramientas para el conocimiento

2009-08-05T11:05:00.030+02:00

Las Tecnologías de la Información y la Comunicación

Las Tecnologías de la Información y la Comunicación son un conjunto de técnicas, desarrollos y dispositivos avanzados que integran funcionalidades de almacenamiento, procesamiento y transmisión de datos. Aunque esta definición puede aplicarse a cualquier herramienta que se base en algún equipo técnico con vistas a la comunicación, como la televisión o la telefonía, normalmente suele aplicarse a los ordenadores que trabajan interconectados a través de internet.

Historia de la informática

Los primeros ordenadores fueron, en realidad, algo muy diferente a lo que nosotros entendemos ahora. Ya en la antigüedad se construyeron artefactos mecánicos que servían para realizar cálculos, y que podrían considerarse los primeros antecesores de nuestros ordenadores. El más antiguo de estos aparatos es, indudablemente, el ábaco, que tiene unos 5000 años de historia, mientras que la primera “máquina” capaz de sumar y restar es la pascalina, inventada por Blaise Pascal en 1642. Leibintz construyó, unos treinta años más tarde, otra máquina capaz también de multiplicar y dividir.En 1801 los telares Jaquard eran controlados mediante tarjetas perforadas, en lo que puede considerarse el comienzo de la robótica, y en ese mismo siglo se produce la primera máquina que reúne las características básicas de un ordenador: la máquina analítica de Charles Babbage incluye una memoria, una unidad de cálculo y una unidad de control de operaciones.

La máquina analítica es, también, la primera que trata de "resolver problemas" y no de realizar cálculos.

Entre estos precursores de la informática hay también una máquina española, la máquina de ajedrez de Leonardo Torres Quevedo, que era capaz de resolver por sí misma la situación de torre rey contra rey (es decir, uno de los jugadores posee rey y torre, mientras que el otro solo tiene el rey. Esta posición, jugada adecuadamente, conduce al mate; la máquina de Torres Quevedo era capaz de dar mate en menos de diez jugadas, que es lo que marca el reglamento).

Aparte de los desarrollos puramente técnicos, el avance más significativo en lo que supone la informática se debe a la Segunda Guerra Mundial. En esa contienda, Alemania desarrolló un sistema de cifrado de claves (esto es, un mecanismo para transmitir mensajes codificados de forma que no pudieran ser entendidos por el enemigo) llamado la "máquina enigma". Los aliados trataron de diseñar un sistema para "reventar" esas claves. En ese proyecto participó Alan Turig, uno de los padres de la inteligencia artificial. Aunque los resultados no fueron los esperados (la máquina enigma se descifró gracias a que fue capturada una de ellas en un submarino), los estudios que se llevaron a cabo abrieron la vía hacia el "software" de nuestros ordenadores.

Los primeros grandes ordenadores son militares. En esta categoría se incluyen el Mark I y el ENIAC, construidos justo al final de la Segunda Guerra Mundial. El primer ordenador civil es el UNIVAC, construido en 1946; en 1948 se construye el primer módem, aparato que permite la transmisión de datos entre ordenadores, y en 1950 Turig publica un artículo histórico: "Computing Machinery and Intelligence".

A partir de este momento, la tendencia general en la evolución de la informática es la reducción de tamaño, posible gracias a una reducción de tamaño en los componentes. Los primeros ordenadores "modernos" funcionaban gracias a válvulas electromecánicas, que fueron sustituidas por transistores y, en la actualidad, por circuitos integrados. Así se llegó a la fabricación de los primeros "ordenadores personales", el Altair 8800 (1975) y el Apple II (1977).

En cuanto al uso de los ordenadores como gestores y transmisores de información, el primer avance fue de naturaleza teórica: en 1938 Shannon publicó su "teoría de la información". Este desarrollo ha tenido importantes repercusiones tanto dentro como fuera del campo de la informática (en la Lingüística, pero también en Biología, por ejemplo). Las ideas más aplicadas hacia la creación de una red de ordenadores se deben, en primer lugar, a Joseph Carl Robnett Licklider, que en un artículo de 1960 titulado "Man-Computer Symbiosis" hablaba de la posibilidad de crear una red de ordenadores formada por thinking centers. El propio Licklider participó en el desarrollo de ARPANET, la primera red eficaz de ordenadores, de carácter militar y universitario, que se empezó a construir en 1967. La primera comunicación entre dos ordenadores conectados a ARPANET tuvo lugar en 1969, aunque fue un fracaso parcial (trataban de transmitir la palabra "login", pero solo lograron enviar las dos primeras letras).

Otro concepto teórico de gran importancia en el sistema de comunicación basado en internet es el de hipertexto, desarrollado en 1965 por Theodor Holm Nelson. Un hipertexto es un "contenedor de información" que incluye no solo referencias a otras informaciones, sino la posibilidad de utilizar esas referencias para acceder a la información completa a través de hiperenlaces.

ARPANET consiguió ser funcional en 1971. Esto supuso resolver problemas como adoptar reglas que definieran las características de las comunicaciones (protocolos de red) o utilizar el carácter arroba (@) para identificar los nombres de los usuarios para enviar mensajes de correo electrónico. En 1973 se adoptaron los dos protocolos más utilizados en la actualidad en la comunicación de datos: TCP (Protocolo de control de transferencias, para establecer los parámetros de los envíos) y FTP (File Transfer Protocol), que hace posible el envío de ficheros. En 1976 el protocolo TCP se divide en dos partes, para liberar de trabajo a los routers, dando lugar a nuestro actual protocolo TCP/IP.

Entre 1973 y 1990 se multiplica el número de redes de ordenadores, lo que supone ciertos problemas de conexión entre ellas. En 1991 se crea, por fin, la World Wide Web, que adopta tres estándares que, desde entonces, se han hecho universales:

El uso de un programa "cliente" (que reside en tu propio ordenador) que permite acceder a la red. Se trata de los navegadores web (como Internet Explorer, Mozilla o Google Chrome).
La inclusión de la información mediante hipertextos transferidos entre ordenadores mediante un único protocolo, el HTTP (Hiper Text Transfer Protocol)
La adopción de un lenguaje determinado, el html (HiperText Markup Language) para escribir la información que se incluye en la red.

Estos estándares se siguen usando en la actualidad, del mismo modo que se utilizan los protocolos TCP/IP y FTP. Si te fijas en la dirección de esta misma página, podrás ver que empieza por las letras http, lo que indica que utiliza ese protocolo para transferir la información. Si editas la página, podrás ver el "lenguaje" en el que está escrita, html, que identifica las características del texto mediante "etiquetas" indicadas entre los signos "menor que" y "mayor que". Asimismo, en esta misma página tienes algún ejemplo de hiperenlace, identificado por el color azul del texto y la línea de subrayado bajo él.

En 1992 se incluyen los primeros grandes dominios dentro de la red: el de la Casa Blanca y el de las Naciones Unidas. A partir de entonces, el crecimiento de la red y de sus servicios ha crecido de forma continua y exponencial.

Todas estas cuestiones, y más temas de interés relacionados con el funcionamiento de la red, puedes consultarlas a través de la siguiente página: Internet Didáctica.
Si lo que te interesa es conocer los aparatos antiguos que han precedido a tu ordenador, puedes verlos en el siguiente archivo: Historia de la informática.

La web 2.0

A partir de 2004 empieza a hablarse de la "web 2.0" como algo nuevo que complementa y sustituye progresivamente los servicios que inicialmente prestaba internet. La idea de la web 2.0 no consiste tanto en una nueva tecnología, sino en un modo de entender la relación entre internet y los usuarios, basado en una mayor interactividad que pasa, necesariamente, por hacer más sencilla la participación activa de los usuarios en la creación de los contenidos de la red. Desde este punto de vista, se puede considerar que la web 2.0 es un modelo conceptual de internet para diseñar y construir webs interactivas que permiten:

Una mayor interactividad con el usuario (blogs)
Aprovisionamiento para gestores de contenido
Redifusión de los contenidos de la red (feeds)
Sindicación de contenidos (RSS)
Desarrollo de redes sociales
Desarrollo de aplicaciones de alta riqueza visual
Modelos colaborativos.

A lo largo y ancho de la red pueden encontrarse multitud de esquemas y diagramas que tratan de explicar en qué consiste la web 2.0. A continuación se reproduce y desarrolla uno de ellos, en mi opinión bastante claro, recogido en la Wikipedia.

Conceptualmente, la web 2.0 es una plataforma basada en webs de lectura y escritura (esta es la principal diferencia con la web 1.0) controlada por el usuario (ésta también es una importante innovación). Esa plataforma está orientada a que el usuario pueda realizar un conjunto de operaciones como publicación personal de información (blogs), participación en redes sociales, comunicación cliente a cliente (independiente del servidor) y, sobre todo, personalización del acceso a estos servicios. Evidentemente, la posibilidad de utilizar todos estos servicios depende de la existencia de una cierta tecnología, pero ésta (y aquí viene otra novedad) es prácticamente transparente para el usuario. (El término correcto para este fenómeno es el de virtualización; se habla de virtualización de una tecnología cuando el usuario no necesita conocer su funcionamiento para utilizarla).

Un ejemplo bastante simple ayudará a entender la diferencia entre la web 1.0 y la 2.0. Un blog como éste es bastante parecido a lo que podía hacerse antes a través de una página web personal. Sin embargo, su realización es mucho más simple. Para elaborar una página web con la tecnología web 1.0 el usuario debía, en primer lugar, acceder a un sistema de alojamiento (hosting). Luego tenía que escribir la página, utilizando html (o un editor de este lenguaje, generalmente complejo) e introduciendo todos los elementos de diseño y las rutas hacia el resto de las páginas que iban enlazadas. Finalmente, debía utilizar un cliente FTP para enviar los archivos al servidor, organizándolos en las diferentes carpetas del sitio para que mantuvieran sus relaciones. El usuario de un blog simplemente accede al servicio (en este caso blogger), utiliza una de las plantillas de diseño (que puede modificar) y escribe, utilizando un editor de texto sencillo: ahora mismo estoy viendo en pantalla menos de 20 iconos que me indican las operaciones que debo realizar. Las operaciones de edición se reducen, prácticamente, a copiar y pegar.

Servicios y aplicaciones de la web 2.0

A continuación se describen brevemente algunos de los servicios web más utilizados.

Servicio	Descripción
Audioblogging y podcasting	Creación de archivos de sonido y vídeo que son distribuidos mediante RSS, de modo que pueden ser reproducidos por el usuario en cualquier momento
Blogs	Sitio web que se actualiza periódicamente y que recoge artículos (entradas, posts) de uno o varios autores. Los blogs nacieron como “cuadernos de bitácora”, páginas personales parecidas a diarios, pero se han convertido en el modo más simple de elaborar una página web sobre un tema determinado
Wikis	Sitio web colaborativo que puede ser editado por varios usuarios que tienen capacidad para crear, modificar o suprimir los contenidos del sitio. Muchas wiki se utilizan como “almacenes” de conocimiento, aportado por los participantes. La más conocida es, por supuesto, la Wikipedia, pero existen otros sitios similares, orientados a temas específicos, como Wikillerato.
Tagging y bookmarking social	Sistemas para que los usuarios almacenen direcciones de red y recursos que consideran interesantes. Pueden ser privados o compartidos (bookmarking social). Los recursos se “clasifican” o identifican mediante etiquetas (“tags”) que el propio usuario les asigna.
RSS y sindicación	Formato de datos que se utiliza para redifundir (sindicar) contenidos a los usuarios de un sitio web
Multimedia sharing	Sistemas que permiten compartir contenidos multimedia: vídeos (Youtube), fotos (Picassa, Flickr) o audio.
Redes sociales	Sitios web elaborados y gestionados por un grupo de usuarios con intereses comunes, que incluyen en sus páginas contenidos referentes a su tema de interés, o que las utilizan como medio de comunicación mediante correo electrónico o foros. Cualquier red social ofrece, además, la elaboración de blogs que son accesibles a los miembros de la propia red, así como la posibilidad de incluir otro tipo de archivos.

¡¡¡Increíble!!!

2008-07-14T18:04:00.003+02:00

Algunos nos quejamos de que la educación científica en nuestro país es, simplemente, lamentable. Lo cierto es que, por lo visto, podemos decir aquello de mal de muchos...

La verdad, no sé cómo comentar el vídeo que enlazo a continuación. Ni siquiera disimula el hecho de que no esté en castellano...

"Si Copérnico levantara la cabeza..."

Es lamentable que alguien pretenda participar en un concurso "cultural" y falle una pregunta como esa. Es lamentable que la mitad del público del plató sea capaz de dar la respuesta equivocada... Pero es más lamentable aún que una pregunta como esa sea considerada de dificultad suficiente como para que la recompensen con ¡¡¡1500 €!!!

Una imagen vale más que mil palabras

2008-06-27T20:36:00.003+02:00

Y suele ser verdad, también en la ciencia. Hay muchos ejemplos que lo demuestran, pero hoy tenemos uno de las ciencias ambientales.

El desarrollo de los satélites artificiales ha permitido que tengamos una imagen de nuestro planeta totalmente diferente a la que teníamos antes. Basta con pensar que la primera foto que se hizo de la Tierra desde uno de esos aparatos fue la primera evidencia directa de que, efectivamente, tenía forma esférica. Claro que, para entonces, la cantidad de pruebas que se habían acumulado era abrumadora, y que nadie capaz de comprenderlas podía tener ninguna duda sobre su veracidad... pero no todo el mundo era capaz de comprenderlas.

En la actualidad la teledetección, que es el nombre que se da a las técnicas de recogida de datos desde una cierta distancia, en particular desde el espacio, constituye una de las herramientas más valiosas de las Ciencias Ambientales. En este ejemplo recogido en Público y centrado en África podemos ver lo que se puede deducir de una de las formas más sencillas de aplicar esta técnica: tomar fotografías del mismo punto en momentos distintos.

El primer par de fotos muestra la extensión de los glaciares del Kilimanjaro, una de las montañas más altas de África, con treinta años de diferencia. Lo único que hay que hacer es fijarse en la extensión del color blanco para darse cuenta de hasta qué punto se ha reducido la superficie cubierta por el hielo. Piensa que, puesto que conocemos la altura desde la que se ha tomado la foto, podríamos medir (palabra mágica) la superficie en ambos momentos, y calcular (también palabra mágica) la magnitud de ese cambio. Medir y calcular son palabras mágicas porque nos permiten pasar de una observación habitual a una de carácter científico.

Las siguientes fotos, de la 3 a la 6, también hablan por sí mismas: nos muestran que, en una ocasión, existió un lago llamado Chad. Ahora es solo historia, y una tragedia para quienes no pueden utilizar los recursos hídricos que les proporcionaba.

Las fotos 7 y 8 necesitan un poco más de atención, porque no son directamente comparables: esfuérzate en ver, en la primera, la parte urbanizada de la península. Una pista: fíjate en las estructuras excesivamente regulares, que aparecen en el extremo sur (junto al puerto). La segunda foto de la pareja es mucho más clara. Y también evidente. La superpoblación, y la destrucción del medio que la acompaña, es uno de los grandes impactos que la humanidad genera, no solo a escala local; para alimentar la población que vive en la ciudad, en este caso Dakkar, es necesario traer los recursos de un área cada vez más amplia. Ese es, más o menos, el concepto de huella ecológica.

Por último, de solución a problema: la presa que se construyó, precisamente, para evitar las inundaciones incontroladas se ha convertido en la responsable de un problema mucho mayor que el que trató de evitar.

Estas fotos apenas rozan las posibilidades de la teledetección. La imagen que vemos solo nos muestran una pequeña parte de la realidad que nos rodea, pero nosotros hemos sido capaces de desarrollar sensores que nos informan de otras características. Por ejemplo, "fotografiar" con luz infrarroja nos informa sobre la temperatura del objeto; obtener imágenes de radar nos da información sobre la naturaleza de las nubes y, por lo tanto, sobre las posibilidades de que den lugar a lluvia...

Estamos de vuelta

2008-06-27T20:03:00.003+02:00

Después de mucho tiempo (demasiado) sin escribir aquí, básicamente por falta de tiempo, trataré de volver a hacerlo. Intentaré, durante el verano, ir escribiendo sobre algunas de las noticias científicas que vayan apareciendo en los medios de comunicación. Y es que es puro vicio...

Leído en "Público": La flora escala por el calentamiento global

La verdad, la primera lectura del titular resultaba un poco confusa, pero la noticia es interesante. Se trata de que el cambio climático, y el calentamiento que provoca, están provocando que los bosques "emigren" buscando mejores condiciones de vida.

No se trata, evidentemente, de que los árboles cojan sus cosas y se muevan montaña arriba, sino de que, en los años estudiados, se ha podido observar un crecimiento diferencial del bosque en una dirección privilegiada. Elaboremos un modelo simple para entenderlo. Supongamos que las plantas que forman el bosque distribuyen sus semillas por igual en todas las direcciones (es una simplificación, pero por eso es un modelo). Cuando las semillas alcanzan el suelo, se encuentran con diferentes condiciones ambientales; algunas de ellas favorecerán el crecimiento de la nueva planta, otras lo impedirán. Por ejemplo, si la semilla cae sobre una carretera, o dentro de un río, es bastante probable que no llegue a germinar. En cambio lo hará si cae en suelo fértil y húmedo. Estos ejemplos también son una simplificación. Lo más habitual es que las semillas se encuentren que, en determinados terrenos, su crecimiento es más fácil o más rápido que en otros. Recordemos que esto, y no otra cosa, es la selección natural. En cualquier caso, casi siempre hay una característica del medio que es la que, al final, tiene más importancia a la hora de que la planta sobreviva o no. Ese es el factor limitante.

En pocas palabras hemos pasado de la teoría de la Evolución a la Ecología. ¿Será porque están totalmente relacionadas?

Vamos ahora al caso de los bosques. Deberíamos saber que la temperatura, en una montaña, va disminuyendo a medida que aumenta la altura. Eso se debe, por cierto, a que la atmósfera se calienta desde abajo. Así que las plantas, en una montaña, se distribuyen formando franjas más o menos horizontales, que se denominan pisos de vegetación. En realidad, los pisos no son horizontales: están más bajos por el lado que no recibe tanto sol (el norte, en nuestro hemisferio) y más altos por el otro. Ya acabamos: el crecimiento del bosque, en este caso, está determinado por la temperatura. Esto significa, ni más ni menos, que los árboles de la zona más baja (más cálida) viven con mayores dificultades, y se reproducen menos, que los que se encuentran en la parte más alta, y más fría. Esta es la relación entre el cambio climático y el viaje de los bosques hacia la cima de las montañas. Otra prueba más.

Evolución y Religión

2008-02-08T17:57:00.000+01:00

De vez en cuando se reproduce una vieja polémica sobre la relación entre la Teoría de la Evolución y la Religión. Desde luego, no es un tema nuevo: el enfrentamiento entre las dos posturas empezó en el mismo momento en que Darwin presentó su trabajo, y los primeros en oponerse fueron los obispos de la Iglesia de Inglaterra.

Frente a la hipótesis científca presentada por Darwin, y la acumulación de pruebas de todo tipo que los biólogos han ido reuniendo en más de 150 años, quienes sostienen las posturas religiosas, el creacionismo, han presentado una hipótesis que trata de combatir la teoría evolutiva en su mismo terreno, la ciencia. Se trata de la hipótesis del diseño inteligente.

Empecemos por el principio, ¿es el diseño inteligente una teoría científica? Eso es tanto como preguntar qué es la ciencia. Es difícil de contestar, aunque Karl Popper, un filósofo de la ciencia del siglo XX puede echarnos una mano. Según él, la ciencia no puede asegurar, en ningún caso, que una hipótesis es verdadera. Pero esto no significa que no pueda ayudarnos a conocer la verdad. ¿Cómo? Pues dándole la vuelta a la situación: si no sabemos si algo es verdad, al menos podemos saber que no es falso. En muy pocas palabras, esto es el principio de falsabilidad. Digámoslo de otra forma, para dejarlo más claro: la ciencia es muy exigente. Nunca afirma que sus resultados sean ciertos, pero para que, como mínimo, consideremos que una afirmación es científica, tenemos que demostrar que no es falsa. Así que cuando un científico, en cualquier campo, hace una afirmación, también tiene que proponer un modo de demostrar que no se cumple.

¿Qué pasa con el diseño inteligente? Lo que dice la teoría es relativamente sencillo de entender: observemos a nuestro alrededor. Los organismos que podemos ver son tan perfectos que no podemos creer, de ningún modo, que hayan aparecido por azar.

¿Es ciencia? No, porque no es falseable. ¿De qué modo podríamos comprobar que no existe un diseñador? La propia teoría nos lo hace imposible, porque se encarga de decirnos que ese diseñador no es observable. Y la ciencia tiene que basar su desarrollo en la observación. Así que, para empezar, no sabemos si la teoría del diseño inteligente es cierta o no, pero sí sabemos que hace trampas: utiliza unas reglas diferentes a las de la teoría científica que pretende contradecir. Es como si en un partido de fútbol un equipo jugara con once jugadores y el otro con quince.

Pero, aun concediendo la ventaja de las reglas distintas, la ciencia cuenta aún con razones suficientes como para rebatir la teoría del diseño.

En primer lugar, el diseño inteligente es argumentativo. Esto significa, simplemente, que no descansa en pruebas, ni en observaciones, sino en interpretaciones que sus defensores hacen de los hechos. ¿Qué significa decir que un organismo es perfecto? ¿Cómo medimos esa perfección?

En segundo lugar, no explica los hechos, sino que solo utiliza las observaciones que le interesan. Pensemos, por ejemplo, en la estructura del aparato respiratorio y digestivo de los tetrápodos. Todos los animales de este grupo respiramos por pulmones, y en todos se produce una característica peculiar: la entrada de aire hacia los pulmones conecta con la entrada de alimentos. Esto puede suponer problemas graves: no hay más que pensar en los atragantamientos que todos hemos sufrido alguna vez. Un atragantamiento es, simplemente, la obstrucción de las vías respiratorias por un trozo de alimento que ha seguido un "camino equivocado". Y, sin embargo, no hay ninguna razón fisiológica que haga necesaria esa comunicación de vías respiratorias y digestivas. Si pidiéramos a un médico, o a un biólogo, que diseñara estos aparatos partiendo de cero seguramente los separaría por completo. La justificación para esta unión es simplemente histórica: los pulmones de los tetrápodos han evolucionado a partir del tubo digestivo, razón por la cual no se han separado totalmente.

Otro inconveniente del diseño inteligente es su imprecisión. ¿Qué significa imposible? ¿Quiere decir que, literalmente, la probabilidad es cero? ¿O que es muy baja? Y si no es cero, ¿por debajo de qué nivel aceptamos la incredulidad?

Una más, por no seguir demasiado, aunque esta objeción es importante: la evolución biológica no es, ni mucho menos, un proceso aleatorio. Ante todo, se trata de un proceso histórico, lo que quiere decir que aprovecha los resultados que se han producido con anterioridad, y trabaja sobre ellos. Trataré de explicarlo con un modelo, la fórmula 1.

Igual que ocurre con la evolución, los ingenieros de la fórmula 1 trabajan "a ciegas" (seguramente ellos no estarán demasiado de acuerdo, pero podemos suponer que nos basta). Se enfrentan a un conjunto de problemas más o menos comunes en un entorno cambiante (eso incluye las propias reglas de la competición) sin saber, antes de empezar a trabajar, cuál es la solución óptima. Esta es, precisamente, la diferencia con el diseño inteligente, ya que esta idea sí que supone al diseñador un conocimiento de esa solución. Más aún, seguramente no hay una solución óptima, lo que se ve cuando varios coches pueden obtener resultados parecidos utilizando estrategias diferentes.

Como pasa con la evolución, los ingenieros nunca empiezan a trabajar desde cero. Incluso cuando empezó a existir la fórmula 1, ya existían los coches. Y éstos evolucionaron a partir de los carros, lo que explica algunas de las características que aún tienen...

La mayoría de los cambios que se introducen en un fórmula 1 son pequeños, poco importantes cuando se consideran de uno en uno. Y en casi todos los casos, hasta esas pequeñas novedades (la forma o el tamaño de los alerones, la posición de los espejos...) no funcionan de forma totalmente correcta cuando se introducen en el coche, y van sufriendo mejoras como resultado de las pruebas, que seleccionan las versiones más apropiadas.

A veces aparecen cambios bastante revolucionarios. Por ejemplo, Tyrrell utilizó un coche con seis ruedas en el año 1976. Sin embargo, lo más habitual es que cambios tan importantes no funcionen (los coches siguen con las tristes cuatro ruedas). Otras veces, el cambio en las condiciones en las que ocurre la competición (por ejemplo de sus propias reglas) puede provocar que todo un tipo de coches desaparezcan rápidamente. Eso pasó con el turbo, o el efecto suelo. Casi casi podemos cambiar lo dicho sobre la fórmula 1 y aplicarlo directamente a los seres vivos.

En fin, el diseño inteligente no es ciencia. Y si lo fuera, sería mala ciencia porque no define su propia hipótesis, porque no establece cómo comprobarla y porque ni siquiera define adecuadamente la hipótesis contra la que pretende luchar. ¿Quiere decir eso que no hay que creer en la religión? No necesariamente. Precisamente, esa es una de las trampas de la teoría del diseño: las creencias religiosas no tienen por qué ser racionales, así que no dependen de los hechos, ni de las observaciones, ni están sujetas al método científico.

Eso sí, la mayoría de los científicos, especialmente los evolucionistas, parecen ser bastante escépticos respecto a la existencia de un dios "personal", es decir, concreto y separable de conceptos generales como "la naturaleza". En un reciente estudio, solo un 10% de los científicos entrevistados reconocieron creer en Dios. El porcentaje bajaba a un 5% entre los biólogos.
Más aún, solo un 3% de los biólogos que fueron preguntados consideraron que la evolución y la fe en Dios son totalmente compatibles, aunque algunos aún lo intentan con todas sus fuerzas. Entre ellos se encuentra Francisco Ayala, uno de los evolucionistas más importantes del siglo XX, español pero residente en California desde hace décadas. Para él, la naturaleza no puede ser explicada por un diseño realizado por Dios:

"El mundo está lleno de imperfecciones, defectos, sufrimiento, crueldad y aun sadismo. La espina dorsal está mal diseñada, los depredadores devoran cruelmentee sus presas, los parásitos sólo pueden vivir si destruyen a sus huéspedes, quinientos millones de personas sufren la malaria y un millón y medio de niños mueren por su causa cada año. No parece apropiado atribuir los defectos, la miseria y la crueldad que predomina en el mundo vivo al diseño específico del Creador. Más. El 'creacionismo' literalista de los seis días no es compatible con la creencia cristiana en un Dios omnipotente y benévolo, en tanto que la teoría de la evolución sí es compatible. Como las inundaciones, las sequías u otras catástrofes físicas son una consecuencia necesaria de la estructura del planeta, los depredadores y los parásitos, las disfunciones y las enfermedades son consecuencia de la evolución de la vida. No son el resultado de un diseño deficiente o malévolo: las características de los organismos son resultado de la selección natural. Se funda ésta en el cambio genético; depende de mutaciones espontáneas; es oportunista; la modulan la historia pasada de los organismos y las exigencias del medio; y es creativa, de modo que da lugar a auténticas novedades, organismos y sus características"

(Investigación y Ciencia, febrero 2008)

En resumen: la fe es libre, la ciencia no. La ciencia se sujeta a los hechos, pero por eso mismo no puede ser negada más que por los hechos. En esto, también es conveniente dar al César lo que es del César.

El cerebro, ese gran desconocido

2008-01-30T20:31:00.000+01:00

Llega una noticia sorprendente relacionada con el funcionamiento del cerebro: un grupo de médicos, tratando de reducir el apetito de un paciente, han conseguido que recupere parte de la memoria que había perdido.

La verdad es que el hallazgo no debería ser demasiado sorprendente. Casi todo lo que sabemos del funcionamiento del cerebro lo hemos aprendido gracias a enfermedades que afectan a una zona pero no a otras o a "golpes" de suerte, a veces en el sentido más literal de la expresión. Posiblemente el caso más llamativo sea el del minero al que un barreno le atravesó la parte anterior del cerebro (¡sin matarlo!). El pobre hombre, a partir de ese momento, perdió toda su libertad de acción, era incapaz de desobedecer cualquier orden, fuera cual fuera. Por cierto que ese accidente permitió el desarrollo de una técnica médica, afortunadamente abandonada, llamada lobotomía. Con un pequeño pinchazo, que se realizaba solo con anestesia local, se conseguía que los "pacientes" se volvieran sumisos y obedientes. Desgraciadamente, se utilizó mucho con enfermos mentales.

El caso es que solo tenemos una idea muy aproximada de qué es lo que ocurre en el interior de nuestra cabeza. Sabemos que el cerebro está formado por dos tipos de células, las neuronas, que son las que "piensan" y las células de glía, que son algo así como sistemas de mantenimiento para ayudar a las neuronas a hacer su trabajo. Las neuronas están conectadas entre sí por una compleja red de conexiones, que llevan información de unas a otras. Una neurona puede estar unida a más de cien mil células diferentes, lo que nos da una idea de lo complicado que es lo que ocurre ahí dentro.

Parecemos estar relativamente seguros de que lo importante no son las neuronas individuales, sino las "redes" que forman entre ellas. Como solemos comparar lo que no entendemos con lo que más de moda está, es habitual comparar las redes de neuronas con redes de ordenadores. De esta forma, pequeños grupos de neuronas localizadas en regiones concretas del cerebro se encargarían de funciones concretas: la visión se produce, curiosamente, en la parte posterior del cerebro, en el lóbulo occipital, el oído reside en los lóbulos temporales o la capacidad de hablar se localiza en una pequeña zona del lado izquierdo del cerebro, próxima a la oreja, llamada área de Brocca... Muchas de estas zonas han sido identificadas estudiando a enfermos que habían perdido estas capacidades, aunque la tecnología actual nos permite observar la función cerebral sin necesidad de recurrir a esos casos.

Lo que se intentaba en este caso era introducir un electrodo para estimular el hipotálamo. La base de la técnica es que las neuronas se comunican entre sí mediante impulsos eléctricos, así que provocar pequeñas descargas eléctricas en su proximidad hace que se activen. Por otra parte el hipotálamo es una zona del encéfalo (no del cerebro) situada en la parte inferior y central del cráneo, en la que residen las funciones más "primarias", que realizamos conscientemente pero que son necesarias para mantenernos con vida, por ejemplo comer. Lo más sorprendente de la noticia es que se haya modificado precisamente la memoria, una función cerebral acerca de cuya localización no se tenía demasiada idea. De hecho, algunas teorías sostenían que no está localizada en un área concreta, sino que en su funcionamiento interviene todo el cerebro.

¿Permitirá este descubrimiento curar a los enfermos de Alzheimer? Esa es una cuestión mucho más delicada. Lo que sí se sabe acerca de la memoria es que funciona de forma diferente a corto plazo y a largo plazo. Una vez que tenemos una experiencia, en el sentido más amplio del término, se incorpora a nuestra memoria a corto plazo. Sin embargo, que este recuerdo permanezca o no dependerá de diferentes factores, entre otros nuestro interés en él. En todo caso, si el recuerdo se incorpora a nuestra memoria a largo plazo permanecerá allí prácticamente siempre; lo que llamamos olvido suele ser la dificultad de "evocar" ese recuerdo, de traerlo a primer plano y revivirlo.

Los enfermos de Alzheimer, más que la memoria a largo plazo, parecen tener alterada su capacidad de organizar sus recuerdos: en los momentos de crisis, no son capaces de acordarse de lo que acaban de hacer, o de reconocer incluso a las personas que conviven normalmente con ellos. Sin embargo, recuerdan cosas que les ocurrieron hace décadas, o confunden a personas que acaban de ver con otras que pudieron morir hace años. El descubrimiento de los médicos canadienses parece facilitar la evocación de recuerdos lejanos, lo que no tendría demasiado que ver con esta enfermedad. Sin embargo, algo avanzamos: ya tenemos una idea de qué botón tocar para "llamar" a nuestros recuerdos ¿Servirá para preparar exámenes?

La NASA y la extinción de los dinosaurios

2008-01-27T18:41:00.000+01:00

No, desde luego que no fue la NASA la que provocó la extinción de los dinosaurios, pero la observación desde el espacio puede proporcionarnos información importante acerca de cómo desaparecieron estos organismos.

En la actualidad, casi todo el mundo parece convencido de que el fenómeno que finalmente causó la extinción más conocida (aunque no la más importante) de la historia de la Tierra fue un cambio climático producido por el oscurecimiento de la atmósfera. La prueba más importante para sostener esta hipótesis es una delgada capa sedimentaria que se encuentra justo en el límite K-T, es decir, entre el Cretácico y el Terciario, que tiene una proporción de iridio mucho mayor de lo que es habitual en los materiales de la corteza terrestre. Sin embargo, no es fácil explicar la procedencia de este elemento, porque puede tener dos fuentes distintas. La composición de esta capa recuerda tanto a la de algunos tipos de meteoritos como la del interior de la Tierra, tal y como la podemos observar a través de las erupciones volcánicas.

Cualquiera de esos procesos habría producido un oscurecimiento de la atmósfera debido a la formación de cenizas en suspensión, así como un aumento de la nubosidad. Posiblemente el descenso de la temperatura que siguiera a este proceso pudo provocar la extinción de unos organismos incapaces de adaptarse a los cambios climáticos.

En cualquier caso los científicos siguen preguntándose cuál de los dos fenómenos pudo provocar el cambio climático, y las noticias se suceden unas a otras a gran velocidad. Si hace apenas unos meses parecía que había nuevas pruebas a favor de la hipótesis volcánica, ahora la NASA afirma haber recogido, desde el espacio, otras a favor de la teoría del meteorito. Imágenes de satélite relacionadas con estudios sísmicos parecen indicar que un cráter situado en la península del Yucatán, el Chicxulub, tiene la suficiente profundidad como para explicar por sí solo el enfriamiento necesario para provocar la extinción.

La noticia es un ejemplo de cómo en ciencia no existen campos demasiado separados entre sí: imágenes de satélite, que pretenden servir para estudiar los terremotos, acaban por aportar información interesante para la Paleontología.

"Esto sí que es un cambio, y no el climático"

2008-01-27T12:54:00.000+01:00

Si hay alguna afirmación científica que haya sido despreciada, ridiculizada y utilizada como objeto de burla en los últimos tiempos es el aviso de que nos dirigimos a un cambio climático de consecuencias catastróficas. Aparte de las desafortunadas declaraciones de algún que otro político, nacional o internacional, o el desprecio hacia el problema que supone, por ejemplo, la frase que encabeza este texto, sacada directamente de un anuncio de radio, casi cualquiera se atreve a decir, en cualquier parte, que no cree en el cambio climático. ¿Puedo yo decir que no creo en los jueves? Pues eso.

El cambio climático es un hecho, no una cuestión de fe. Hoy por hoy, todas las instituciones científicas dedicadas al estudio climatológico están de acuerdo en que nos encontramos en un proceso de cambio climático. Lo mismo ocurre con organismos internacionales, como la propia ONU. Incluso los gobiernos menos dispuestos a tomar medidas para combatirlo están, hasta oficialmente, de acuerdo en señalar su existencia. En realidad, nadie discute, en círculos científicos, que el cambio climático existe. Lo que causa las disputas son las conclusiones que tenemos que sacar de este fenómeno.

Vamos a intentar aclarar algunos aspectos relacionados con el cambio climático. En primer lugar, decir que el clima es un proceso, un fenómeno dinámico, siempre cambiante. El cambio en el clima forma parte, necesariamente, de su propia naturaleza. Los registros fósiles nos muestran que nuestro planeta ha atravesado periodos más fríos que el actual, así como periodos más cálidos. Hasta en tiempos históricos las temperaturas de las zonas habitadas y conocidas han sido muy diferentes de las actuales: hace poco más de cien años, los sacerdotes suizos y franceses exorcizaban a los glaciares para que no entraran en sus poblaciones. Por el contrario, la Edad Media fue una época más cálida que la actual, hasta el punto de que en el valle del Rin era posible cultivar fresas. Un "poco" antes, la humanidad se enfrentó a una pequeña Edad de Hielo.

Otra cosa distinta es que la ciencia, por el momento, no ha conseguido explicar el mecanismo por el que se produce el cambio climático, aunque ya se cuenta con una teoría bastante satisfactoria. La hipótesis de Milankovitch explica, de una forma bastante ajustada, la periodicidad con la que se suceden los periodos cálidos y fríos en nuestro planeta, en función de diferentes cambios que ocurren en la órbita de la Tierra.

El cambio en sí es, entonces, un proceso natural. El problema es el ritmo. Lo que la mayor parte de los científicos afirman, entre ellos todo el grupo del IPCC (Panel internacional sobre el cambio climático) es que en la actualidad el clima terrestre está cambiando mucho más deprisa que en épocas anteriores de la historia de la Tierra. Y que esa aceleración del cambio (y esto es lo que empieza a provocar problemas, más políticos que científicos) se debe a la actividad humana.

En otro momento hablaré de las pruebas que sostienen que el hombre es el causante del cambio climático, y aún habrá también que dedicar tiempo a sus efectos, sin caer en el catastrofismo. Hoy toca señalar una noticia acerca del ritmo al que está ocurriendo el cambio: sabíamos que el hielo del hemisferio norte, sobre todo el del Ártico, se estaba derritiendo de una forma extremadamente rápida, hasta el punto de que en verano se encuentra una laguna a los 90º de latitud norte. También la pérdida de hielo en Groenlandia es rápida y constante. Ahora se publica que también se ha acelerado la pérdida de hielo en la Antártida, hasta alcanzar casi el mismo ritmo que en Groenlandia. ¿Quién no cree en el cambio climático?

Craig Venter y la "vida artificial"

2008-01-27T10:38:00.001+01:00

En los últimos días Craig Venter ha sido noticia en todos los medios de comunicación, que afirman más o menos que ha conseguido crear "vida artificial". O, al menos, así lo han vendido los periódicos y las televisiones. Pero, ¿quién es Craig Venter y qué es exactamente lo que ha hecho?

Venter es uno de los principales responsables de la secuenciación del genoma humano. La firma de un acuerdo entre los organismos públicos de investigación y su empresa permitió acelerar este proyecto quizá en más de una década, con el avance que eso supone. Sin embargo, no es fácil entender qué significa ese logro. Para intentarlo, vamos a utilizar una metáfora.

Imaginemos que el genoma (es decir, la totalidad del material genético de un organismo) es una especie de cuadro de gran tamaño. Nosotros nos encontramos en una habitación muy pequeña, de forma que estamos muy cerca de él y no podemos verlo entero, así que somos incapaces de apreciar la imagen global del cuadro, aunque sí vemos algunos de sus detalles. El proyecto genoma consistió en trocear el cuadro, como si fuera un puzzle, y observar cada una de las piezas en detalle. Ahora mismo, lo que se ha conseguido es precisamente eso, tener un gran puzzle genético de cientos de miles de piezas y poder ver los fragmentos de imagen que hay en cada una de ellas. Los siguientes pasos son fáciles de imaginar: reconocer cada imagen y situarlas dentro del puzzle, hasta que nos hagamos una idea del conjunto y del papel que cada trozo juega en la composición del cuadro.

¿Qué ha hecho Venter en esta ocasión? Bueno, podríamos decir que ha encontrado la imagen central del cuadro y ha conseguido montarla a partir de las piezas del puzzle que tenía. Por lo tanto, lo que sabemos es cuáles son las piezas fundamentales para configurar la imagen central. Esto nos permite intuir cuáles son los genes imprescindibles para conseguir que un ser vivo pueda funcionar. Está claro que no es lo mismo que crear vida que, en nuestra metáfora, sería tanto como coger pinceles y pinturas y pintar un cuadro nuevo, pero para cualquiera que haya intentado hacer un puzzle también es evidente que hemos avanzado mucho para poder resolverlo. Seguramente, como ha reconocido el propio Venter, aún "sobran" algunas piezas, que tienen solo fondo del cuadro, y el futuro inmediato de su trabajo consiste en limpiar ese fondo, los genes que no son imprescindibles, y crear un organismo mínimo, con el menor número de genes posible.

Podemos exprimir un poco más la metáfora del cuadro y el genoma. Igual que pasa en una pintura, en todos los genomas hay partes que no corresponden a las figuras del cuadro, sino que solo forman parte del "fondo". Sin embargo, esto no significa que sean, como se ha dicho en ocasiones, regiones "basura" o "vacías". ¿Os podéis imaginar un cuadro sin fondo? Es evidente que la composición quedaría incompleta, desequilibrada. Pues algo así les pasaría a los organismos si se suprimieran esas regiones de su ADN. También por eso es importante el trabajo de Venter: sin duda nos ayudará a entender qué función desempeñan esas regiones de los genomas para los organismos.

Y todo esto, ¿para qué? En primer lugar, para conocer. El hombre ha buscado siempre entender lo que le rodea, porque es nuestra forma de adaptarnos a nuestro entorno. Pero, por supuesto, también hay un interés mucho más material, más aplicado; la técnica de Venter seguramente facilitará crear organismos "de diseño", que hagan por nosotros cosas que ahora son más o menos imposibles. Se ha hablado, por ejemplo, de organismos capaces de eliminar contaminantes "comiéndoselos", o de "secuestrar" dióxido de carbono, para combatir el cambio climático.

Aunque también hay que decir que hay otras líneas de investigación que han avanzado mucho en esta tarea, utilizando técnicas de ingeniería genética más comunes. Así que aquí y ahora ya existen organismos de genética modificada que se utilizan en la lucha contra las mareas negras, algunos de los cuales se están investigando en España, o que toda la insulina que se emplea en el tratamiento de la diabetes es producida por bacterias, a partir de genes humanos.